El antimoniuro de indio ( InSb ) es un compuesto cristalino formado a partir de los elementos indio (In) y antimonio (Sb). Es un material semiconductor de estrecho espacio de separación del grupo III - V que se utiliza en detectores infrarrojos , incluidas cámaras termográficas , sistemas FLIR , sistemas de guía de misiles guiados por infrarrojos y en astronomía infrarroja . Los detectores de antimoniuro de indio son sensibles a longitudes de onda infrarrojas de entre 1 y 5 μm.
El antimoniuro de indio era un detector muy común en los antiguos sistemas de imágenes térmicas de escaneo mecánico con un solo detector. Otra aplicación es como fuente de radiación de terahercios, ya que es un potente emisor de fotones .
El compuesto intermetálico fue descrito por primera vez por Liu y Peretti en 1951, quienes dieron su rango de homogeneidad, tipo de estructura y constante de red. [5] Los lingotes policristalinos de InSb fueron preparados por Heinrich Welker en 1952, aunque no eran muy puros según los estándares de semiconductores actuales. Welker estaba interesado en estudiar sistemáticamente las propiedades semiconductoras de los compuestos III-V. Observó cómo el InSb parecía tener una pequeña brecha de banda directa y una movilidad electrónica muy alta. [6] Los cristales de InSb se han cultivado mediante enfriamiento lento a partir de una masa fundida líquida al menos desde 1954. [7]
En 2018, un equipo de investigación de la Universidad Tecnológica de Delft afirmó que los nanocables de antimoniuro de indio mostraban una posible aplicación en la creación de cuasipartículas de modo cero de Majorana para su uso en computación cuántica ; Microsoft abrió un laboratorio en la universidad para promover esta investigación, sin embargo, Delft luego se retractó del artículo. [8] [9]
El InSb tiene el aspecto de partículas metálicas o polvos de color gris oscuro plateado con brillo vítreo. Cuando se lo somete a temperaturas superiores a 500 °C, se funde y se descompone, liberando vapores de antimonio y óxido de antimonio .
La estructura cristalina es blenda de zinc con una constante de red de 0,648 nm . [10]
InSb es un semiconductor de banda prohibida directa estrecha con una banda prohibida de energía de 0,17 eV a 300 K y 0,23 eV a 80 K. [10]
El InSb sin dopar posee la mayor movilidad de electrones a temperatura ambiente de 78000 cm 2 /(V⋅s), [11] velocidad de deriva de electrones y longitud balística (hasta 0,7 μm a 300 K) [10] de cualquier semiconductor conocido, excepto los nanotubos de carbono .
Los detectores de fotodiodo de antimoniuro de indio son fotovoltaicos y generan corriente eléctrica cuando se someten a radiación infrarroja. La eficiencia cuántica interna de InSb es efectivamente del 100%, pero es una función del espesor, particularmente para fotones cercanos al borde de la banda. [12] Como todos los materiales de banda prohibida estrecha, los detectores de InSb requieren recalibraciones periódicas, lo que aumenta la complejidad del sistema de imágenes. Esta complejidad adicional vale la pena cuando se requiere una sensibilidad extrema, por ejemplo, en sistemas de imágenes térmicas militares de largo alcance. Los detectores de InSb también requieren refrigeración, ya que tienen que operar a temperaturas criogénicas (normalmente 80 K). Hay disponibles matrices grandes (hasta 2048 × 2048 píxeles ). [13] HgCdTe y PtSi son materiales con un uso similar.
Una capa de antimoniuro de indio intercalada entre capas de antimoniuro de aluminio e indio puede actuar como un pozo cuántico . En una heteroestructura de este tipo , se ha demostrado recientemente que el InSb/ AlInSb exhibe un robusto efecto Hall cuántico . [14] Este enfoque se estudia para construir transistores muy rápidos . [15] A finales de los años 1990 se construyeron transistores bipolares que funcionaban a frecuencias de hasta 85 GHz a partir de antimoniuro de indio; más recientemente se han descrito transistores de efecto de campo que funcionan a más de 200 GHz ( Intel / QinetiQ ). [ cita requerida ] Algunos modelos sugieren que se pueden alcanzar frecuencias de terahercios con este material. Los dispositivos semiconductores de antimoniuro de indio también son capaces de funcionar con voltajes inferiores a 0,5 V, lo que reduce sus requisitos de potencia. [ cita requerida ]
El InSb se puede cultivar solidificando una masa fundida desde el estado líquido ( proceso Czochralski ) o epitaxialmente mediante epitaxia en fase líquida , epitaxia de pared caliente o epitaxia de haz molecular . También se puede cultivar a partir de compuestos organometálicos mediante MOVPE . [ cita requerida ]