Il fosfuro di indio, con formula InP, è un semiconduttore binario composto da indio e fosforo che fa parte del gruppo dei semiconduttori III-V. Questo materiale si caratterizza per una banda proibita elevata a temperatura ambiente che consente una efficiente generazione e rilevamento della luce nei dispositivi optoelettronici.
Heinrich Johann Welker, fisico tedesco, fu il primo nel 1952 a ipotizzare le potenzialità del fosfuro di indio come semiconduttore. Esso si presenta in due forme cristalline: wurtzite (WZ) e blenda di zinco (ZB) con bande proibite dirette rispettivamente di 1.42 e 1.35 eV a temperatura ambiente. Questo materiale è promettente per la realizzazione di circuiti nanointegrati.
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I diodi al fosfuro di indio stanno emergendo come una soluzione interessante per applicazioni optoelettroniche grazie alle loro proprietà vantaggiose. Questo materiale presenta una maggiore mobilità degli elettroni rispetto ai tradizionali arseniuri di gallio e silicio, garantendo un funzionamento più rapido e efficiente. Inoltre, ha una maggiore stabilità termica rispetto al GaAs e una bassa perdita di assorbimento ottico nell’intervallo delle lunghezze d’onda da 1.0 a 1.6 µm.
Proprietà del fosfuro di indio
Il fosfuro di indio mostra una maggiore stabilità termica rispetto al GaAs, migliorando le prestazioni del dispositivo alle alte temperature e presentando una bassa perdita di assorbimento ottico in un determinato intervallo di lunghezze d’onda, rendendolo ideale per sistemi di comunicazione ottica a lunga distanza. Preparazione del fosfuro di indio
Il fosfuro di indio può essere preparato reagendo fosforo bianco e ioduro di indio a 400°C secondo la seguente reazione: P4 + 4 InI3 → 4 InP + 6 I2. In alternativa, è possibile ottenere nanoparticelle di fosfuro di indio mediante il processo di reazione tra fosforo bianco e sodio metallico, seguito dalla reazione tra fosfuro di sodio e cloruro di indio in soluzioni specifiche. Queste metodologie sintetiche offrono diverse vie per la sintesi del fosfuro di indio, garantendo la produzione di materiali di alta qualità per applicazioni avanzate in ambito optoelettronico.
Le Caratteristiche dei Fili Quantici di Fosfuro di Indio
I fili quantici di fosfuro di indio sono materiali innovativi che possono essere prodotti sia attraverso tecniche in fase vapore di ossidi metallici che in soluzione. Una delle principali caratteristiche di questi fili quantici è la loro economicità, facilità nel controllo della composizione e la capacità di operare a temperature relativamente basse.
Processo di Sintesi in Soluzione
La sintesi dei fili quantici di fosfuro di indio in soluzione avviene attraverso la reazione tra InP e ossido di indio ad alta temperatura, generando vapori di indio e fosforo. Successivamente, questi vapori sono trasportati in una zona di deposizione a bassa temperatura seguita dalla ricristallizzazione in presenza di vapori di ossido.
Applicazioni dei Fili Quantici di Fosfuro di Indio
L’InP riveste un ruolo fondamentale in tre principali ambiti di utilizzo: i componenti optoelettronici, l’elettronica ad alta velocità e il settore fotovoltaico. I semiconduttori nanocristallini di fosfuro di indio, grazie alla loro bassa densità e elevata conduttività termica, trovano applicazione nell’elettronica ad alta potenza e frequenza, come ad esempio nei laser e nei fotorilevatori.
I punti quantici emissivi di fosfuro di indio, rivestiti con uno strato di semiconduttore ad alto band gap come il solfuro di zinco, formano un’eterostruttura nucleo-guscio che aumenta significativamente la resa quantica della fotoluminescenza.
Utilizzi e Potenziali Applicazioni
I fili quantici di fosfuro di indio sono noti per la loro ridotta tossicità e la possibilità di regolare le emissioni dalla luce visibile al vicino infrarosso. Per questo motivo, rappresentano una valida opzione in diversi campi, come ad esempio nel rilevamento dei metalli pesanti come alternativa ai materiali a base di cadmio.
Questa tecnologia trova impiego anche in laser e LED basati su InP che possono emettere luce in un’ampia gamma di lunghezze d’onda, utili nelle telecomunicazioni e nella trasmissione dati attraverso fibra ottica. Inoltre, i substrati InP sono utilizzati nelle celle fotovoltaiche per massimizzarne l’efficienza, consentendo una conversione efficiente dell’energia solare in energia elettrica.
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