Кіріспе
Индий антимониді (InSb) – индий (In) және антимон (Sb) элементтерінен жасалған кристаллдық қосылыс. Бұл III-V топтағы тар саңылаулы жартылай өткізгіш материал, ол инфрақызыл детекторларда, соның ішінде жылулық бейнелеу камераларында, FLIR жүйелерінде, инфрақызыл басқару зымырандарының бағыттау жүйелерінде және инфрақызыл астрономияда қолданылады. Индий антимониді детекторлары 1 мен 5 мкм аралығындағы инфрақызыл толқын ұзындықтарына сезімтал. Бұрынғы, бір детекторлы механикалық түрде сканерленетін жылулық бейнелеу жүйелерінде индий антимониді кеңінен қолданылған. Сонымен қатар, ол күшті фото-Дембер эмитені болып табылатындықтан, терагерц сәулеленуінің көзі ретінде де қолданылады.
Тарих
Металдар аралық қосылысты алғаш рет 1951 жылы Лю және Перетти сипаттап, оның біртектілік диапазонын, құрылым түрін және тор тұрақтысын көрсетті. 1952 жылы Генрих Велкер поликристаллды InSb қорытпаларын дайындады, бірақ олар қазіргі жартылай өткізгіш стандарттары бойынша толыққанды таза емес еді. Велкер III-V қосылыстарының жартылай өткізгіш қасиеттерін жүйелі түрде зерттеуге қызығушылық танытты. Ол InSb-нің кішкентай тікелей энергиялық аралығы және электрондардың өте жоғары жылдамдығын анықтады. InSb кристалдары 1954 жылдан бері сұйық балқымадан баяу салқындату арқылы өсіріліп келеді. 2018 жылы Делфт технологиялық университетінің зерттеу тобы индий антимонид наносымдарының кванттық есептеуде қолдану үшін Майорана нөлдік режимді квазибөлшектерді жасаудағы мүмкіндіктерін көрсеткенін мәлімдеді; Microsoft осы зерттеуді одан әрі дамыту үшін университетте зертхана ашты, алайда кейін Делфт бұл мақаланы қайтарып алды.
Физикалық қасиеттері
InSb қара сұр, күміс түсті металл кесектер немесе шыныдай жылтыр ұнтақ түрінде көрінеді. 500°C-тан жоғары температураға ұшырағанда балқып, ыдырайды, антимон және антимон оксидінің буларын бөліп шығарады. Кристалдық құрылымы цинк бленді типті, решетке тұрақтылығы 0,648 нм-ге тең.
Электрондық қасиеттері
InSb – тар жолақты тікелей ажыратқыш жартылай өткізгіш, энергия жолағының айырмасы 300 К-де 0,17 эВ, ал 80 К-де 0,23 эВ құрайды. Электронның дрейфтік жылдамдығы және баллистикалық ұзындығы (300 К-де 0,7 мкм-ге дейін) бар. Барлық тар жолақты материалдар сияқты, InSb детекторларына кезеңдік қайта калибрлеу қажет, бұл бейнелеу жүйесінің күрделілігін арттырады. Мұндай күрделілік жоғары сезімталдық қажет болған жағдайларда, мысалы, ұзақ қашықтықтағы әскери жылулық бейнелеу жүйелерінде өте пайдалы. InSb детекторлары криогендік температурада (әдетте 80 К) жұмыс істеуі керек болғандықтан салқындатуды да қажет етеді. 2048 × 2048 пикселге дейінгі үлкен массивтер қолжетімді. HgCdTe және PtSi ұқсас қолданылатын материалдар болып табылады. Алюминий-индий антимонидінің қабаттары арасына орналасқан индий антимонидінің қабаты кванттық құдық ретінде әрекет ете алады. Мұндай гетероструктурада InSb/AlInSb жақында берік кванттық Холл эффектін көрсететіні анықталды. Бұл тәсіл өте жылдам транзисторларды жасау мақсатымен зерттеледі. 1990 жылдардың соңында индий антимонидінен 85 ГГц жиілікте жұмыс істейтін биполярлы транзисторлар жасалды; ал жақында 200 ГГц-тен жоғары жиілікте жұмыс істейтін өрістік эффектті транзисторлар туралы хабарланды (Intel/QinetiQ). Кейбір модельдер бұл материалмен терагерц жиіліктеріне қол жеткізуге болатынын көрсетеді. Индий антимониді жартылай өткізгіш құрылғылары 0,5 В төмен кернеуде жұмыс істей алады, бұл олардың қуат талаптарын азайтады.
Өсу әдістері
InSb балқыманы сұйық күйден қатыру арқылы (Czochralski процесі), немесе сұйық фазалық эпитаксия, ыстық қабырғалық эпитаксия немесе молекулалық сәулелік эпитаксия арқылы эпитаксиялық түрде өсіруге болады. Сонымен қатар, оны металлоорганизмдік қосылыстардан MOVPE әдісімен өсіруге де болады.