इन्डियम फास्फाइड

इंडियम फॉस्फाइड (इनपी) बाइनरी अर्धचालक है जो इंडियम और फास्फोरस से बना है। इसमें चेहरा-केंद्रित क्यूबिक ( जिंकब्लेंडे ) क्रिस्टल संरचना है, जो गैलियम आर्सेनाइड और अधिकांश III-V अर्धचालक सामग्री की सूची के समान है।

विनिर्माण
इंडियम फॉस्फाइड को 400° C पर सफेद फास्फोरस और इंडियम आयोडाइड की प्रतिक्रिया से तैयार किया जा सकता है इसके अतिरिक्त उच्च तापमान और दबाव पर शुद्ध तत्वों के प्रत्यक्ष संयोजन द्वारा, या ट्राईकिल इंडियम यौगिक और फॉस्फीन के मिश्रण के थर्मल अपघटन द्वारा भी तैयार किया जा सकता है।

उपयोग
अधिक सामान्य अर्धचालक सिलिकॉन और गैलियम आर्सेनाइड के संबंध में इसके बेहतर इलेक्ट्रॉन वेग के कारण इंडियम फॉस्फाइड का उपयोग उच्च-शक्ति और उच्च-आवृत्ति वाले इलेक्ट्रॉनिक्स में किया जाता है।

इसका उपयोग इंडियम गैलियम आर्सेनाइड के साथ रिकॉर्ड तोड़ने वाले स्यूडोमोर्फिक हेटेरोजंक्शन द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर बनाने के लिए किया गया था जो 604 गीगाहर्ट्ज पर काम कर सकता था।

इसमें सीधा बैंडगैप भी है, जो इसे लेज़र डायोड जैसे ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए उपयोगी बनाता है। कंपनी इन्फिनेरा तरंग दैर्ध्य-विभाजन बहुसंकेतन अनुप्रयोगों को सक्षम कार्नर के लिए ऑप्टिकल दूरसंचार उद्योग के लिए फोटोनिक एकीकृत परिपथ के निर्माण के लिए अपनी प्रमुख तकनीकी सामग्री के रूप में इंडियम फॉस्फाइड का उपयोग करती है। इंडियम फॉस्फाइड प्लेटफॉर्म पर अन्य कंपनी का निर्माण फोटोनिक एकीकृत परिपथ स्मार्ट फोटोनिक्स है, जो नीदरलैंड में स्थित संसार में पहला शुद्ध-प्ले आईएनपी फाउंड्री है।

इंडियम फॉस्फाइड का उपयोग उपकला इंडियम गैलियम आर्सेनाइड आधारित ऑप्टो-इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए सब्सट्रेट के रूप में भी किया जाता है।

इंडियम फॉस्फाइड (इनपी) का और उपयोग फोटोनिक इंटीग्रेटेड परिपथ (पीआईसीएस) में है। इंडियम फॉस्फाइड फोटोनिक इंटीग्रेटेड परिपथ में सक्रिय लेजर पीढ़ी, प्रवर्धन, नियंत्रण और पता लगाना है। यह उन्हें संचार और संवेदन अनुप्रयोगों के लिए आदर्श घटक बनाता है।

अनुप्रयोग
इंडियम फॉस्फाइड के एप्लिकेशन क्षेत्र तीन मुख्य क्षेत्रों में विभाजित हैं। इसका उपयोग ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक घटकों, उच्च गति वाले इलेक्ट्रॉनिक्स, और फोटोवोल्टिक्स के आधार के रूप में किया जाता है

माइक्रोवेव और इन्फ्रारेड के बीच अभी भी विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम में एक बहुत कम उपयोग किया जाने वाला, फिर भी तकनीकी रूप से रोमांचक क्षेत्र है, जिसे अधिकांश टेरहर्ट्ज़ गैप के रूप में जाना जाता है। इस श्रेणी में विद्युत चुम्बकीय विकिरणों में संकर गुण होते हैं, वे साथ उच्च-आवृत्ति- और ऑप्टिकल विशेषताओं को दिखाते हैं। इंडियम फॉस्फाइड आधारित घटक महत्वपूर्ण नए अनुप्रयोगों के लिए इस वर्णक्रमीय रेंज को अनलॉक करते हैं।

ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक एप्लिकेशन
इंडियम फॉस्फाइड आधारित लेजर और एलईडी 1200 nm से 12 µm तक बहुत व्यापक रेंज में प्रकाश का उत्सर्जन कर सकते हैं।इस प्रकाश का उपयोग डिजिटल संसार के सभी क्षेत्रों में फाइबर आधारित टेलीकॉम और डेटाकॉम अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है। प्रकाश का उपयोग संवेदन अनुप्रयोगों के लिए भी किया जाता है। एक तरफ स्पेक्ट्रोस्कोपिक अनुप्रयोग हैं, जहां उदाहरण के लिए अत्यधिक पतला गैसों का पता लगाने के लिए पदार्थ के साथ बातचीत करने के लिए निश्चित तरंग दैर्ध्य की आवश्यकता होती है।ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक टेराहर्ट्ज़ का उपयोग अल्ट्रा-संवेदनशील स्पेक्ट्रोस्कोपिक एनालाइज़र, पॉलिमर की मोटाई माप और मोटर वाहन उद्योग में बहुपरत कोटिंग्स का पता लगाने के लिए किया जाता है। दूसरी ओर विशिष्ट इंडियम फॉस्फाइड लेज़रों का बड़ा लाभ है क्योंकि वे आंख सुरक्षित हैं। विकिरण मानव आंख के शरीर में अवशोषित होता है और रेटिना को हानि नहीं पहुंचा सकता है।

दूरसंचार/डेटा संचार
इंडियम फॉस्फाइड (इनपी) का उपयोग तरंग दैर्ध्य खिड़की में कुशल लेज़रों, संवेदनशील फोटोडेटेक्टर्स और मॉड्यूलेटर का उत्पादन करने के लिए किया जाता है, जो सामान्यतः दूरसंचार के लिए उपयोग किया जाता है, अर्थात्, 1550 nm तरंग दैर्ध्य, क्योंकि यह प्रत्यक्ष बैंडगैप III-V यौगिक अर्धचालक सामग्री है। लगभग 1510 nm और 1600 nm के बीच तरंग दैर्ध्य में ऑप्टिकल फाइबर (लगभग 0.2 db/km) पर सबसे कम क्षीणन उपलब्ध है। इंडियम फॉस्फाइड लेजर सिग्नल की पीढ़ी के लिए सामान्यतः इस्तेमाल की जाने वाली सामग्री है और उन संकेतों का पता लगाने और रूपांतरण है जो इलेक्ट्रॉनिक रूप में वापस आ जाता है। और वेफर व्यास 2-4 इंच से लेकर होते हैं।

एप्लिकेशन हैं:

• 5000 किमी तक लंबी-दूरी के ऑप्टिकल फाइबर कनेक्शन सामान्यतः > 10 Tbit/s

• मेट्रो रिंग एक्सेस नेटवर्क

• कंपनी नेटवर्क और डेटा सेंटर

• घर के लिए फाइबर

• वायरलेस 3 जी, एलटीई और 5 जी बेस स्टेशनों के लिए कनेक्शन

• मुक्त अंतरिक्ष उपग्रह संचार

ऑप्टिकल सेंसिंग
स्पेक्ट्रोस्कोपिक सेंसिंग का लक्ष्य पर्यावरण संरक्षण और खतरनाक पदार्थों की पहचान है

• इंडियम फॉस्फाइड के तरंग दैर्ध्य प्रवृत्ति के आधार पर बढ़ता हुआ क्षेत्र संवेदन कर रहा है। गैस स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए उदाहरण वास्तविक समय के माप (CO, CO2, NOX [or NO + NO2]) के साथ ड्राइव परीक्षण उपकरण है।

• एक अन्य उदाहरण एक टेराहर्ट्ज़ स्रोत के साथ FT-IR-स्पेक्ट्रोमीटर वर्टेक्स है। टेराहर्ट्ज़ विकिरण 2 इंडियम फॉस्फाइड लेज़रों और एक इंडियम फॉस्फाइड एंटीना के बीटिंग सिग्नल से उत्पन्न होता है जो ऑप्टिकल सिग्नल को टेराहर्ट्ज़ प्रवृत्ति में बदल देता है।

• सतहों पर विस्फोटक पदार्थों के निशान का स्टैंड-ऑफ डिटेक्शन, उदा. हवाई अड्डों पर सुरक्षा अनुप्रयोगों या हत्या के प्रयासों के बाद अपराध स्थल की जांच के लिए प्रयोग करते है ।

• गैसों और तरल पदार्थों में विषाक्त पदार्थों के निशान का त्वरित सत्यापन (नल के पानी सहित) या पीपीबी स्तर तक सतह के संदूषण में इसका प्रयोग होता हैं।

• गैर-विनाशकारी उत्पाद नियंत्रण के लिए स्पेक्ट्रोस्कोपी उदा. भोजन (खराब खाद्य पदार्थों का प्रारंभिक पता लगाना)। आइंडहोवन यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी एंड मंटिस्पेक्ट्रा के शोधकर्ताओं ने पहले से ही दूध के लिए एकीकृत निकट-अवरक्त वर्णक्रमीय सेंसर के एप्लिकेशन का प्रदर्शन किया है। इसके अतिरिक्त, यह सिद्ध किया गया है कि इस तकनीक को प्लास्टिक और अवैध दवाओं पर भी प्रायुक्त किया जा सकता है।

• विशेष रूप से वायु प्रदूषण नियंत्रण में कई नए अनुप्रयोगों के लिए स्पेक्ट्रोस्कोपी पर आज चर्चा की जा रही है और कार्यान्वयन जारी है।

मोटर वाहन क्षेत्र और उद्योग के लिए लिडार प्रणाली 4.0

लिडार एरिना में व्यापक रूप से तरंग दैर्ध्य के सिग्नल की चर्चा की गई है। जबकि कुछ खिलाड़ियों ने उपलब्ध ऑप्टिकल घटकों, कंपनियों (ब्लैकमोर, नेपचेक डिजाइन समूह, एईई, और ल्यूमिनार टेक्नोलॉजीज सहित) का लाभ उठाने के लिए 830 से 940-एनएम तरंग दैर्ध्य का विकल्प चुना है। 1550-एनएम तरंग दैर्ध्य बैंड में तेजी से तरंगदैर्ध्य में बदल रही हैं, क्योंकि वे तरंग दैर्ध्य लेजर शक्तियों को सार्वजनिक सुरक्षा से समझौता किए बिना नियोजित किए जाने के लिए लगभग 100 गुना अधिक की अनुमति देते हैं। Μ ≈ 1.4 माइक्रोन से अधिक समय तक उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य वाले लेजर को अधिकांश "आंख-सुरक्षित" कहा जाता है क्योंकि उस तरंग दैर्ध्य रेंज में प्रकाश आंख के कॉर्निया, लेंस और विट्रीस पिंड में दृढ़ता से अवशोषित होता है और इसलिए संवेदनशील रेटिना को हानि नहीं पहुंचा सकता है)।

• लिडार- आधारित सेंसर तकनीक तीन-आयामी (3 डी) इमेजिंग तकनीकों के साथ उच्च स्तर की वस्तु पहचान और वर्गीकरण प्रदान कर सकती है।

• ऑटोमोटिव उद्योग भविष्य में बड़े, महंगे, यांत्रिक लिडार प्रणाली के अतिरिक्त चिप-आधारित, कम लागत वाले ठोस अवस्था लिडार सेंसर प्रौद्योगिकी को अपनाया जाता है।

• सबसे उन्नत चिप-आधारित लिडार प्रणाली के लिए, इंडियम फॉस्फाइड महत्वपूर्ण भूमिका निभाएगा और स्वायत्त ड्राइविंग को सक्षम करेगा।(रिपोर्ट: ऑटोमोटिव लिडार, स्टीवर्ट विल्स के लिए ब्लिस्टरिंग ग्रोथ)। धूल कोहरे और बारिश जैसी वास्तविक संसार की स्थितियों से निपटने के लिए लंबी आंख सुरक्षित तरंगदैर्ध्य भी अधिक उपयुक्त है।

उच्च गति इलेक्ट्रॉनिक्स
आज की अर्धचालक तकनीक 100 GHz और उससे अधिक की बहुत उच्च आवृत्तियों के निर्माण और पहचान की अनुमति देती है। इस तरह के घटक वायरलेस उच्च गति डेटा संचार (दिशात्मक रेडियो), रडार (कॉम्पैक्ट, ऊर्जा-कुशल और अत्यधिक संकल्प), और रेडियोमेट्रिक सेंसिंग जैसे मौसम- या वायुमंडलीय टिप्पणियों के लिए अपने अनुप्रयोगों को ढूंढते हैं।

इंडियम फॉस्फाइड का उपयोग उच्च गति वाले माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स बनाने के लिए भी किया जाता है और ऐसे अर्धचालक उपकरण आज उपलब्ध सबसे तेज उपकरण हैं। सामान्यतः, इंडियम फॉस्फाइड पर माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स उच्च-इलेक्ट्रॉन-मोबिलिटी ट्रांजिस्टर (एचईएमटी) या हेटेरोजंक्शन बाइपोलर ट्रांजिस्टर (एचबीटी) पर आधारित होता है। इंडियम फॉस्फाइड सामग्री पर आधारित दोनों ट्रांजिस्टर के आकार और संस्करणों में बहुत छोटा 0.1 µm x 10 µm x 1 µm है। विशिष्ट सब्सट्रेट मोटाई <100 µm हैं। इन ट्रांजिस्टर को निम्नलिखित अनुप्रयोगों के लिए परिपथ और मॉड्यूल में एकत्र किया जाता है:

• सुरक्षा स्कैनिंग प्रणाली: हवाई अड्डे की सुरक्षा इमेजिंग के लिए इमेजिंग प्रणाली और नागरिक सुरक्षा अनुप्रयोगों के लिए स्कैनर का प्रयोग किया जाता है।

• ताररहित संचार: उच्च गति 5 जी वायरलेस कम्युनिकेशंस अपने बेहतर प्रदर्शन के कारण इंडियम फॉस्फाइड तकनीक का पता लगाएंगे।इस तरह के प्रणाली उच्च डेटा दरों का समर्थन करने के लिए 100 GHz से परे आवृत्तियों पर काम करते हैं।

• बायोमेडिकल एप्लिकेशन: मिलीमीटर-वेव और टीएचजेड स्पेक्ट्रोमीटर कैंसर ऊतक पहचान, मधुमेह का पता लगाने से चिकित्सा अनुप्रयोगों में गैर-आक्रामक निदान के लिए गैर-आक्रामक निदान के लिए कार्यरत हैं, जो मानव निकासी हवा का उपयोग करके चिकित्सा निदान के लिए हैं।

• गैर-विनाशकारी परीक्षण: औद्योगिक अनुप्रयोगों में गुणवत्ता नियंत्रण के लिए स्कैनिंग प्रणाली को नियुक्त किया जाता है। और मोटर वाहन पेंट मोटाई अनुप्रयोग और एयरोस्पेस में मिश्रित सामग्री में दोष का पता लगाने के लिए प्रयोग किया जाता है।

• रोबोटिक्स: रोबोटिक दृष्टि अनिवार्य रूप से मिलिमेट्रे-वेव्स में उच्च रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग रडार प्रणाली पर आधारित है।

• रेडियोमेट्रिक सेंसिंग: वायुमंडल में लगभग सभी घटक और प्रदूषण माइक्रोवेव रेंज में विशेषता अवशोषण/उत्सर्जन (फिंगरप्रिंट) दिखाते हैं। इंडियम फॉस्फाइड ऐसे पदार्थों की पहचान करने के लिए छोटे, हल्के और मोबाइल प्रणाली बनाने की अनुमति देता है।

फोटोवोल्टिक एप्लिकेशन
46% तक की उच्चतम क्षमता वाले फोटोवोल्टिक सेल (प्रेस रिलीज़, फ्राउनहोफर आईएसई, 1. दिसंबर 2014), सौर विकिरण को विद्युत ऊर्जा में कुशलता से परिवर्तित करने के लिए इष्टतम बैंडगैप संयोजन को प्राप्त करने के लिए इंडियम फॉस्फाइड सब्सट्रेट को प्रायुक्त करती हैं। आज, केवल इंडियम फॉस्फाइड सब्सट्रेट उच्च क्रिस्टलीय गुणवत्ता के साथ आवश्यक कम बैंडगैप सामग्री को विकसित करने के लिए जाली निरंतरता को प्राप्त करते हैं। संसार में अनुसंधान समूह इन सामग्रियों की उच्च लागत के कारण प्रतिस्थापन की तलाश कर रहे हैं। चूंकि, अब तक अन्य सभी विकल्प कम भौतिक गुणों को प्राप्त करते हैं और इसलिए रूपांतरण क्षमता कम होती है। आगे के शोध ने आगे सौर सेलों के उत्पादन के लिए टेम्पलेट के रूप में इंडियम फॉस्फाइड सब्सट्रेट के पुन: उपयोग पर ध्यान केंद्रित करते हैं।

इसके अतिरिक्त आज के अत्याधुनिक उच्च-दक्षता वाले सौर सेलों के लिए सांद्रता फोटोवोल्टिक (सीपीवी) और अंतरिक्ष अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक बैंडगैप संयोजनों को प्राप्त करने के लिए (GA) इंडियम फॉस्फाइड और अन्य III-V यौगिकों का उपयोग करते हैं।अन्य प्रौद्योगिकियां, जैसे कि Si सौर सेल, III-V सेलों की तुलना में केवल आधी शक्ति प्रदान करती हैं और इसके अतिरिक्त कठोर अंतरिक्ष वातावरण में बहुत शक्तिशाली गिरावट दिखाती हैं।अंत में, SI- आधारित सौर सेल भी III-V सौर सेलों की तुलना में बहुत भारी होती हैं और अंतरिक्ष मलबे की अधिक मात्रा में उपज होती हैं। स्थलीय पीवी प्रणालियों में भी रूपांतरण दक्षता को बहुत अधिक बढ़ाने की विधि सीपीवी प्रणाली में समान III-V सौर सेलों का उपयोग है, जहां उच्च दक्षता वाले III-V सौर सेलों द्वारा केवल एक प्रतिशत क्षेत्र का दसवां हिस्सा कवर किया जाता है।

रसायन विज्ञान
इंडियम फॉस्फाइड में जिंकब्लेंडे (क्रिस्टल संरचना) के साथ किसी भी यौगिक के सबसे लंबे समय तक रहने वाले ऑप्टिकल फोनन में से है।

चतुर्धातुक यौगिक
इंडियम फॉस्फाइड को कभी -कभी इंडियम एंटिमोनाइड और इंडियम आर्सेनाइड के साथ मिश्रित किया जाता है जिससे बैंड गैप की एक श्रृंखला के साथ चतुर्धातुक मिश्र धातु बनाया जा सके जो इसके घटकों (आईएनपी, आईएनएएस और आईएनएसबी) के विभिन्न सांद्रता अनुपातों पर निर्भर करता है, इस तरह के चतुर्धातुक मिश्र धातु इसके दबाव का प्रभाव और तापमान का अध्ययन करने के लिए व्यापक सैद्धांतिक अध्ययन के अधीन थे।

बाहरी कड़ियाँ

 * Extensive site on the physical properties of indium phosphide (Ioffe institute)
 * Band structure and carrier concentration of InP.
 * InP conference series at IEEE
 * Indium Phosphide: Transcending frequency and integration limits. Semiconductor TODAY Compounds&AdvancedSilicon • Vol. 1 • Issue 3 • September 2006