Lantimoniuro di indio (formula chimica: InSb) è un composto cristallino covalente costituito dagli elementi indio e antimonio in uguale proporzione, la cui formula minima è quindi InSb, o anche InIIISb−III.
Si tratta di un materiale semiconduttore del gruppo III-V di band-gap piccolo, utilizzato nei rivelatori a infrarossi, comprese le termocamere, i sistemi di visione nell'infrarosso (FLIR), i sistemi di guida dei missili a ricerca a infrarossi e nell'astronomia a infrarossi. I rilevatori di antimoniuro di indio sono sensibili nelle lunghezze d'onda comprese tra 1 e 5 µm.
L'antimoniuro di indio era un rivelatore molto comune nei vecchi sistemi di imaging termico a scansione meccanica a singolo rivelatore. Un'altra applicazione è come sorgente di radiazioni terahertz in quanto è un forte emettitore per effetto foto-Dember.
Storia Il composto intermetallico è stato segnalato per la prima volta da Liu e Peretti nel 1951, che ne hanno fornito l'intervallo di omogeneità, il tipo di struttura e la costante reticolare. I lingotti policristallini di antimoniuro di indio furono preparati da Heinrich Welker nel 1952, sebbene non fossero molto puri per gli standard odierni dei semiconduttori. Welker era interessato a studiare sistematicamente le proprietà dei semiconduttori dei composti III-V; ha notato come l'antimoniuro di indio sembrava avere un gap di banda piccolo e diretto, e una mobilità degli elettroni molto elevata. I cristalli di antimoniuro di indio sono coltivati per raffreddamento lento da liquido fuso almeno dal 1954.
Proprietà e struttura L'antimoniuro di indio ha l'aspetto di cristalli di tipo metallico, di colore grigio argenteo scuro, o di polvere con lucentezza vitrea. Riscaldato a temperature superiori a 500 °C, fonde e si decompone liberando antimonio e vapori di ossido di antimonio.
L'atimoniuro di indio è un composto termodinamicamente stabile, anche se la sua formazione dagli elementi è solo moderatamente esotermica, ΔHƒ° = -31 kJ/mol.
La struttura cristallina è cubica, del tipo della sfalerite (o blenda di zinco, ZnS), con costante reticolare a = 0,648 nm e gruppo spaziale F3m (n° 216). Nel reticolo, sia In che Sb sono tetracoordinati e tetraedrici e il legame In−Sb è lungo 287 pm.
La costante dielettrica statica del materiale è εr = 16,8.
Proprietà elettroniche L'antimoniuro di indio è un semiconduttore di band-gap diretto molto piccolo, pari a 0,17 eV a 300 K (27 °C) e 0,23 eV a 80 K (-193 °C); a questi band-gap corrispondono otticamente fotoni di lunghezze d'onda di 7,293 μm e 5,391 μm, rispettivamente.
L'antimoniuro di indio intrinseco (non drogato) presenta le più grandi mobilità degli elettroni a temperatura ambiente (78.000 cm2/(V⋅s)), velocità di deriva degli elettroni e lunghezza balistica (fino a 0,7 µm a 300 K) di qualsiasi semiconduttore noto, ad eccezione dei nanotubi di carbonio.
I rivelatori a fotodiodo all'antimoniuro di indio sono fotovoltaici e generano corrente elettrica quando investiti da radiazioni infrarosse. L'efficienza quantica interna dell'antimoniuro di indio è effettivamente del 100%, ma è una funzione dello spessore, in particolare per i fotoni vicino al bordo di banda. Come tutti i materiali a band-gap piccolo, i rilevatori ad antimoniuro di indio richiedono ricalibrazioni periodiche, aumentando la complessità del sistema di imaging. Questa complessità aggiuntiva è utile dove è richiesta un'estrema sensibilità, ad esempio nei sistemi di imaging termico militare a lungo raggio. I rivelatori ad antimoniuro di indio richiedono anche un raffreddamento, poiché devono funzionare a temperature criogeniche (tipicamente 80 K). Sono disponibili array di grandi dimensioni (fino a 2048×2048 pixel). La pubblicazione citata è una tesi di dottorato Il tellururo di mercurio e cadmio (HgCdTe) e il siliciuro di platino (PtSi) sono materiali con un uso simile.
Uno strato di antimoniuro di indio inserito tra strati di antimoniuro di alluminio e indio (AlInSb) può fungere da pozzo quantico. In una tale eterostruttura è stato recentemente dimostrato che il rapporto InSb/AlInSb mostra un robusto effetto Hall quantistico. Questo approccio è studiato per costruire transistor molto veloci. I transistor bipolari operanti a frequenze fino a 85 GHz sono stati costruiti con antimoniuro di indio alla fine degli anni '90; transistor a effetto di campo che operano a oltre 200 GHz sono stati segnalati più recentemente (Intel/QinetiQ). suggeriscono che con questo materiale sono ottenibili frequenze dell'ordine dei terahertz. I dispositivi a semiconduttore ad antimoniuro di indio sono anche in grado di funzionare con tensioni inferiori a 0,5 V, riducendo i requisiti di alimentazione.
Metodi di crescita di monocristalli I monocristalli di antimoniuro di indio ppossono essere ottenuti per solidificazione dallo stato liquido (processo Czochralski), o mediante epitassía in fase liquida, epitassía a parete calda o epitassía a fascio molecolare. Possono anche essere ottenuti da composti organometallici con il procedimento MOCVD.
Applicazioni Viene usato nei componenti elettronici come i diodi laser o nei sensori per il rilevamento di radiazioni del lontano infrarosso o microonde.
Un sensore ad antimoniuro di indio per essere funzionante deve essere posto a temperature molto basse (circa 4 K, -269 °C) al fine di ridurre il rumore termico degli elettroni, che altrimenti coprirebbero completamente il segnale. Le radiazioni del lontano infrarosso vengono studiate nelle macchine Tokamak al fine di ricavare la temperatura del plasma interno, ma vengono studiate anche dagli astrofisici per rilevare la radiazione cosmica di fondo.
Altre applicazioni Rivelatori di immagini termiche che utilizzano fotodiodi o rivelatori fotoelettromagnetici Sensori di campo magnetico che utilizzano magnetoresistenza o effetto Hall Transistor veloci (in termini di commutazione dinamica). Ciò è dovuto all'elevata mobilità dei portatori di antimoniuro di indio. In alcuni dei rivelatori della telecamera ad infrarossi sul telescopio spaziale Spitzer.
Note
Voci correlate Semiconduttore Semiconduttore composto Fisica dei semiconduttori
Categoria:Composti dell'antimonio Categoria:Composti dell'indio