इंडियम एंटीमोनाइड

इंडियम एंटीमोनाइड (InSb), इंडियम (In) और एंटीमोनी (Sb) तत्वों से बना क्रिस्टलीय यौगिक है। यह थर्मल इमेजिंग कैमरे, एफएलआईआर प्रणाली, अवरक्त होमिंग मिसाइल मार्गदर्शन प्रणाली और अवरक्त खगोल विज्ञान सहित अवरक्त डिटेक्टरों में उपयोग किए जाने वाले III-V समूह से संकीर्ण-अंतर अर्धचालक पदार्थ है। इंडियम एंटीमोनाइड डिटेक्टर 1 और 5 μm के बीच अवरक्त तरंग दैर्ध्य के प्रति संवेदनशील होते हैं।

इंडियम एंटीमोनाइड पुराने, एकल-डिटेक्टर यंत्रवत् स्कैन किए गए थर्मल इमेजिंग प्रणाली में बहुत ही सामान्य डिटेक्टर था। एक अन्य अनुप्रयोग टेराहर्ट्ज़ विकिरण स्रोत के रूप में है क्योंकि यह कठोर फोटो-डेम्बर उत्सर्जक है।

इतिहास
1951 में लियू और पेरेटी द्वारा पहली बार इंटरमेटेलिक यौगिक की सूचना दी गई थी, जिन्होंने इसमें एकरूपता सीमा, संरचना प्रकार और जाली स्थिरांक दिया था। InSb के पॉलीक्रिस्टलाइन सिल्लियां 1952 में हेनरिक वेलकर द्वारा तैयार की गई थीं, चूंकि वे आज के अर्धचालक मानकों द्वारा बहुत शुद्ध नहीं थीं। वेल्कर III-V यौगिकों के अर्धचालक गुणों का व्यवस्थित रूप से अध्ययन करने में रुचि रखते थे। उन्होंने ध्यान दिया कि कैसे InSb में छोटा प्रत्यक्ष बैंड गैप और बहुत उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता दिखाई देती है। InSb क्रिस्टल कम से कम 1954 से तरल पिघल से धीमी गति से ठंडा करके उगाए गए हैं।

भौतिक गुण
InSb में कांच की चमक के साथ गहरे भूरे रंग की चांदी के धातु के टुकड़े या पाउडर का आभास होता है। 500 °C से अधिक तापमान के अधीन होने पर, यह पिघल जाता है और विघटित हो जाता है, तथा एंटीमोनी और एंटीमोनी ट्राइऑक्साइड वाष्प को मुक्त करता है।

क्रिस्टल संरचना 0.648 nm जाली स्थिरांक के साथ जिंकब्लेंड (क्रिस्टल संरचना) है।

इलेक्ट्रॉनिक गुण
InSb 300 k पर 0.17 eV और 80 K पर 0.23 eV के ऊर्जा बैंड गैप के साथ नैरो डायरेक्ट बैंड गैप अर्धचालक है।

अनडोप्ड InSb में कार्बन नैनोट्यूब को छोड़कर किसी भी ज्ञात अर्धचालक का सबसे बड़ा परिवेश-तापमान इलेक्ट्रॉन गतिशीलता (78000 cm2/V⋅s), इलेक्ट्रॉन बहाव वेग, और बैलिस्टिक लंबाई (300 K पर 0.7 μm तक) है।

इंडियम एंटीमोनाइड फोटोडायोड डिटेक्टर फोटोवोल्टिक हैं, जो अवरक्त विकिरण के अधीन होने पर विद्युत प्रवाह उत्पन्न करते हैं। InSb की आंतरिक क्वांटम दक्षता प्रभावी रूप से 100% है, लेकिन विशेष रूप से निकट बैंडेज फोटॉनों के लिए मोटाई का कार्य करती है। सभी संकीर्ण बैंड गैप पदार्थों की तरह InSb डिटेक्टरों को समय-समय पर पुन: अंशांकन की आवश्यकता होती है, जिससे इमेजिंग प्रणाली की जटिलता बढ़ जाती है। यह अतिरिक्त जटिलता सार्थक है, जहां अत्यधिक संवेदनशीलता की आवश्यकता होती है, उदाहरण: लंबी दूरी की सैन्य थर्मल इमेजिंग प्रणाली में संवेदनशीलता की आवश्यकता होती है। InSb डिटेक्टरों को भी ठंडा करने की आवश्यकता होती है, क्योंकि उन्हें क्रायोजेनिक तापमान (सामान्यतः 80 K) पर कार्य करना होता है। बड़ी सरणियाँ (2048×2048 पिक्सेल तक) उपलब्ध हैं। HgCdTe और PtSi समान उपयोग वाले पदार्थ हैं।

एल्युमीनियम इंडियम एंटीमोनाइड की परतों के बीच सैंडविच की गई इंडियम एंटीमोनाइड की परत क्वांटम वेल के रूप में कार्य कर सकती है। इस तरह के विषम संरचना में InSb/AlInSb को हाल ही में कठोर क्वांटम हॉल प्रभाव प्रदर्शित करने के लिए दिखाया गया है। बहुत फ़ास्ट ट्रांजिस्टर बनाने के लिए इस दृष्टिकोण का अध्ययन किया जाता है। 1990 के दशक के अंत में इंडियम एंटीमोनाइड से 85 GHz तक की आवृत्तियों पर कार्य करने वाले द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर का निर्माण किया गया था; हाल ही में 200 GHz से अधिक आवृत्ति पर कार्य करने वाले फील्ड इफ़ेक्ट ट्रांजिस्टर को प्रस्तुत किया गया है (इंटेल/क्यूनेटिकक्यू)। कुछ मॉडलों का सुझाव है कि इस पदार्थ के साथ टेराहर्ट्ज आवृत्तियों को प्राप्त किया जा सकता है। इंडियम एंटीमोनाइड अर्धचालक उपकरण भी 0.5 V से कम वोल्टेज के साथ कार्य करने में सक्षम हैं, जिससे उनकी विद्युत की आवश्यकता कम हो जाती है।

विकास की विधियाँ
InSb को तरल अवस्था (ज़ोक्राल्स्की प्रक्रिया), से पिघलाकर, या तरल चरण एपिटॉक्सी, हॉट वॉल एपिटॉक्सी या आणविक बीम एपिटॉक्सी द्वारा एपिटैक्सियल रूप से उगाया जा सकता है। इसे एमओवीपीई द्वारा ऑर्गेनोमेटेलिक यौगिकों से भी उगाया जा सकता है।

उपकरण अनुप्रयोग

 * फोटोडायोड या फोटोइलेक्ट्रोमैग्नेटिक डिटेक्टरों का उपयोग करते हुए थर्मल इमेज डिटेक्टर में।
 * मैग्नेटोरेसिस्टेंस या हॉल प्रभाव का उपयोग कर चुंबकीय क्षेत्र सेंसर में।
 * फ़ास्ट ट्रांजिस्टर (गतिशील स्विचिंग के संदर्भ में)। यह InSb की उच्च वाहक गतिशीलता के कारण है।
 * स्पिट्जर स्पेस टेलीस्कोप पर अवरक्त ऐरे कैमरा के कुछ डिटेक्टरों में।

बाहरी संबंध

 * National Compound Semiconductor Roadmap at the Office of Naval Research
 * Material safety data sheet at University of Texas at Dallas