안티몬화 인듐

안티몬화 인듐(Indium antimonide, InSb)은 인듐(In)과 안티모니(Sb) 원소로 만들어진 결정질 화합물이다. 이것은 열화상 카메라, FLIR 시스템, 적외선 유도 미사일 유도 시스템, 적외선천문학을 포함한 적외선 검출기에 사용되는 III-V족의 좁은 띠틈 반도체 물질이다. 안티몬화 인듐 검출기는 1에서 5 μm 사이의 적외선 파장에 민감하다.

안티몬화 인듐은 오래된 단일 검출기 기계식 스캔 열화상 시스템에서 매우 흔한 검출기였다. 또 다른 응용 분야는 강한 광 뎀버 효과 방출체로서 테라헤르츠파 소스로 사용되는 것이다.

 역사 
이 금속간 화합물은 1951년 리우(Liu)와 페레티(Peretti)에 의해 처음 보고되었으며, 그들은 균일성 범위, 구조 유형 및 격자 상수를 제시했다. 안티몬화 인듐의 다결정 잉곳은 1952년 하인리히 벨커에 의해 제조되었지만, 오늘날의 반도체 기준으로는 순도가 높지 않았다. 벨커는 III-V족 화합물의 반도체 특성을 체계적으로 연구하는 데 관심을 가졌다. 그는 안티몬화 인듐가 작은 직접 띠틈과 매우 높은 전자 이동도를 가진다는 점에 주목했다. 안티몬화 인듐 결정은 적어도 1954년부터 액체 용융물에서 서서히 냉각하여 성장되었다.

2018년에 델프트 공과대학교의 연구팀은 안티몬화 인듐 나노선이 양자 컴퓨팅에 사용되는 마요라나 영 모드 준입자를 생성하는 데 잠재적인 응용 가능성을 보였다고 주장했다. 마이크로소프트는 이 연구를 더 발전시키기 위해 대학에 연구소를 열었지만, 델프트는 나중에 그 논문을 철회했다.

 물리적 특성 
안티몬화 인듐은 어두운 회색의 은빛 금속 조각 또는 유리질 광택이 있는 분말 형태로 나타난다. 500°C 이상의 온도에 노출되면 녹아 분해되어 안티모니와 삼산화 안티모니 증기를 방출한다.

결정 구조는 0.648 nm의 격자 상수를 가진 섬아연석이다.Properties of Indium Antimonide (InSb). ioffe.ru

 전자적 특성 
섬네일|왼쪽|세워찍기|1960년대 멀라드에서 제조한 InSb 적외선 검출기.
안티몬화 인듐은 300 K에서 0.17 eV, 80 K에서 0.23 eV의 띠틈을 갖는 좁은 직접 띠틈 반도체이다.

비도핑된 안티몬화 인듐은 탄소 나노튜브를 제외하고 알려진 어떤 반도체보다도 가장 큰 상온 전자 이동도인 78000 cm2/(V·s)를 가지며, 전자 표류 속도와 탄도 수송 길이(300 K에서 최대 0.7 μm)를 가진다.

안티몬화 인듐 광다이오드 검출기는 광전압 방식이며, 적외선 복사에 노출될 때 전류를 생성한다. 안티몬화 인듐의 내부 양자효율은 사실상 100%이지만, 특히 띠틈 근처의 광자에 대해서는 두께의 함수이다. 모든 좁은 띠틈 물질과 마찬가지로 안티몬화 인듐 검출기는 주기적인 재교정을 필요로 하여 영상 시스템의 복잡성을 증가시킨다. 이러한 추가된 복잡성은 극도의 감도가 필요한 경우, 예를 들어 장거리 군사 열화상 시스템에서 가치가 있다. 안티몬화 인듐 검출기는 또한 극저온(일반적으로 80 K)에서 작동해야 하므로 냉각이 필요하다. 대규모 배열(최대 2048×2048 화소)도 사용 가능하다. HgCdTe와 PtSi는 유사한 용도로 사용되는 물질이다.

알루미늄 안티몬화 인듐 층 사이에 끼워진 안티몬화 인듐 층은 양자 우물 역할을 할 수 있다. 그러한 이종구조에서 InSb/AlInSb는 최근 견고한 양자 홀 효과를 나타내는 것으로 밝혀졌다. 이 접근 방식은 매우 빠른 트랜지스터를 만들기 위해 연구되고 있다. 1990년대 후반에는 안티몬화 인듐로 최대 85 GHz 주파수에서 작동하는 바이폴라 트랜지스터가 제작되었고, 최근에는 200 GHz 이상에서 작동하는 장효과 트랜지스터가 보고되었다(인텔/큐네티크). 일부 모델에서는 이 물질로 테라헤르츠 주파수를 달성할 수 있다고 제안한다. 안티몬화 인듐 반도체 장치는 0.5 V 미만의 전압에서도 작동할 수 있어 전력 요구 사항을 줄여준다.

 성장 방법 
안티몬화 인듐은 액체 상태의 용융물을 응고시키거나(초크랄스키 공정), 에피택시얼하게 액상 에피택시, 열벽 에피택시 또는 분자선 에피택시로 성장시킬 수 있다. 또한 유기금속 화합물로부터 MOVPE를 통해 성장시킬 수 있다.

 장치 응용 
 열화상 검출기 (광다이오드 또는 광전자기 검출기 사용)
 자기저항효과 또는 홀 효과를 이용한 자기장 센서
 빠른 트랜지스터 (동적 스위칭 측면). 이는 InSb의 높은 캐리어 이동성 때문
 스피처 우주망원경의 적외선 배열 카메라 일부 검출기

 각주 

 인용된 자료 

 외부 링크 
 해군연구청의 국립 화합물 반도체 로드맵
 물질 안전 보건 자료  (텍사스 대학교 댈러스)

분류:인듐 화합물
분류:III-V 반도체