L’arseniuro di indio è un semiconduttore di tipo n a banda stretta, composto da arsenico e indio, con una formula chimica di AsIn. Questo materiale è noto per la sua elevata mobilità elettronica, rendendolo ideale per l’impiego in fotodiodi operanti nella gamma dell’infrarosso.
Caratteristiche e composizione
Indice Articolo
Classificato come un semiconduttore III-V, l’arseniuro di indio si compone di elementi appartenenti ai gruppi III e V della Tavola Periodica. La scoperta e il progresso della tecnologia dei semiconduttori III-V furono avviati negli anni ’50 presso l’Istituto Ioffe. Sotto la direzione di scienziati di spicco come Nina Aleksandrovna Goryunova e Dmitry Nikolayevich Nasledov, iniziò la ricerca delle loro proprietà fondamentali.
I semiconduttori III-V, che vantano una transizione energetica a gap diretto, integrano elementi del gruppo III, come boro, alluminio, gallio e indio, con quelli del gruppo V, tra cui azoto, fosforo, arsenico e antimonio. Materiali come il fosfuro di indio e l’arseniuro di indio si stanno affermando come alternative più ecologiche rispetto agli emettitori NC basati su metalli pesanti, come il seleniuro di cadmio e il tellururo di cadmio.
Varie tipologie di semiconduttori III-V, tra cui arseniuro di gallio, fosfuro di indio e nitruro di gallio, sono ampiamente utilizzate e rappresentano componenti fondamentali di dispositivi optoelettronici, come diodi a emissione luminosa, fotorivelatori, laser e celle solari ad alta efficienza.
Proprietà fisiche
Un aspetto distintivo dell’arseniuro di indio è la presenza di un accumulo superficiale naturale, dovuto a un’alta densità di stati superficiali donatori che posizionano il livello di Fermi al di sopra della banda di conduzione. La sua struttura cristallina, nota come blenda di zinco, consiste in quattro atomi di arsenico e quattro atomi di indio.
Questo semiconduttore presenta un band gap di 0.354 eV a temperatura ambiente (300 K), una densità di 5.67 g/cm³ e una temperatura di fusione di 942 °C. La mobilità elettronica, una misura della rapidità degli elettroni in un campo elettrico, raggiunge i 40.000 cm²/V·s. Inoltre, la conducibilità termica è di 0.27 W/cm·K, mentre l’indice di rifrazione si attesta a 4, con una costante reticolare di 6.05838 Å.
Sintesi del materiale
Esistono diversi metodi per la produzione di film sottili di arseniuro di indio, tra cui la deposizione in bagno chimico (CBD) e l’elettrodeposizione (ED). Nella CBD, ioni acquosi si depositano su un substrato solido, mentre l’elettrodeposizione comporta l’accumulo di materiali da una soluzione liquida.
Altri approcci includono la pirolisi a spruzzo chimico (CSP), in cui una soluzione viene spruzzata su una superficie calda e reagisce formando un film chemico. La tecnica di evaporazione termica è ben nota per la creazione di film sottili, in cui il materiale sorgente viene vaporizzato e depositato su un substrato, solitamente vetro.
Inoltre, i punti quantici di arseniuro di indio sono stati prodotti attraverso una procedura di iniezione a caldo, utilizzando il cloruro di indio (I) come precursore chiave, per generare arsenuiro di indio colloidale.
Punti quantici di arseniuro di indio
I punti quantici, noti anche come quantum dots colloidali, rappresentano particelle semiconduttrici di dimensioni nanometriche, caratterizzate da proprietà ottiche ed elettroniche uniche legate ai loro effetti meccanici quantistici. Questi materiali si presentano come opzioni promettenti per i sistemi fotovoltaici di nuova generazione, poiché la loro dimensione influenza il band gap ottico, favorendo un assorbimento efficiente della luce solare.
I punti quantici che emettono nella regione infrarossa sono considerati elementi costitutivi vitali per diverse applicazioni fotoniche, optoelettroniche e biomediche. Tuttavia, preoccupazioni riguardo alla tossicità dei materiali convenzionali, come i CQD a base di piombo e mercurio, stanno spingendo la ricerca verso alternative più sicure, come i CQD di arseniuro di indio, capaci di assorbire ed emettere luce nell’intera gamma dello spettro infrarosso.
Applicazioni pratiche
L’arseniuro di indio trova molteplici applicazioni nell’elettronica dei semiconduttori, in particolare nei rilevatori a infrarossi e sensori piroelettrici. Questi dispositivi, essenziali per analisi di gas, rilevamento di fiamme, analisi spettrali e misurazioni di temperatura senza contatto, si basano sulle proprietà uniche del materiale.
In aggiunta, viene utilizzato nella generazione di radiazioni terahertz e in laser a diodi ad alte prestazioni. Grazie alla sua alta mobilità elettronica, l’arseniuro di indio è indicato per applicazioni elettroniche di alta velocità, come i transistor a effetto di campo, molto diffusi nei circuiti elettronici.
Infine, è impiegato nella realizzazione di refrigeratori termoelettrici, mini pompe di calore capaci di ottimizzare la temperatura nei chip di rilevamento, garantendo prestazioni eccellenti anche a -70 °C e un controllo preciso di 0.1 °C.
