磷化铟属于第二代半导体材料,总结来说它具有高饱和电子漂移速度、抗辐射能力强、导热性良好、光电转换效率高等诸多优点,在光电集成电路、高频微波毫米波器件、外层空间用太阳能电池等领域中都具有很高的实用价值。在高速发展的光通信领域,InP晶片是首选的衬底材料。

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当前磷化铟处于全球缺货状态,就连终端的英伟达都不惜投入巨资来提前锁定磷化铟产能。
磷化铟到底具备了哪些特性使其在今天走到了聚光灯下?
先直接上数据!
InP及其他材料基本特性参数


磷化铟的结构
磷化铟(InP)最初是由科学家A.Thiel在1910年首次合成的,它是由III族元素In和V族元素P化合而成的,是一种具有挥发性成分的化合物半导体材料。InP的结构如下图,它是一种具有闪锌矿结构的材料,它的晶格可以视为两个相互连接的面心立方晶格,每个In原子周围环绕着4个P原子,形成了一个标准的四面体结构。

它的配位数为4,化学键是四面体键,键角为109°28′,晶格常数为5.869Å。由于闪锌矿结构属于立方结构,当其被应用于晶向衬底时,它展现出四路对称的解理特性,这使得它成为制造激光器件所需的理想选择。
磷化铟的物理性质
磷化铟的密度为4.787g/cm3,熔点1062℃,它的单晶质地软脆,呈银灰色,有金属光泽。

磷化铟的能带结构
InP的能带类型为直接带隙,带隙宽度在室温(300K)下约为1.34eV,带隙较宽。其发射波长约为920nm。直接跃迁型能带类型、宽带隙的能带结构特点是InP在众多材料中占有优势的原因之一。
磷化铟的化学性质
常温下磷化铟是稳定的,但长时间放置表面会缓慢的氧化。当温度升到360°C以上时,开始出现缓慢的离解现象,如果在800°C的条件下再退火10小时,表面离解现象又会不明显。
InP放置在空气中容易氧化,与氧气发生缓慢的反应生产氧化物从而变质,即对样品的XRD、SEM测试有很大的影响(所以在测扫描的过程中要对样品进行喷金),又不利于下一步的利用,如跟其他物质的复合、包覆等实验。
InP在熔点温度时的离解压为2.75MPa,所以InP多晶的合成相对比较困难。从目前的报道看,自然界中还尚未有天然形成的InP块状晶体材料。但是人们还是发明了许多方法用以合成InP多晶和生长InP单晶材料。
InP在室温下可以与盐酸发生反应,但盐酸浓度小于一定值时则反应不会进行;InP与卤素可以发生反应,溶于Cl2,Br2等有机溶剂;InP与碱性溶液发生反应,但是速率很慢,一般不做腐蚀液。
磷化铟的光学特性
由于磷化铟目前主要应用之一是光电器件,因此磷化锢的光学特性也应该进行深入研
究。下面给出了磷化铟的主要的光学特性。
红外折射率:3.1
辐射复合系数:1.2·10-10cm3/s
红外折射率指数:n=k1/2=3.075*(1+2.7*10-5T)
300K长波TO声子能级:hvTO=38.1meV
300K长波LO声子能级:hvLO=42.6meV
参考来源:
[1]孙聂枫.高质量、大直径磷化铟单晶研究
[2]杨娟.化学配比对磷化铟中本征缺陷、杂质特性的影响
[3]陈爱华.富磷条件对磷化铟晶体缺陷及Fe激活率的影响
[4]谢文霞.磷化铟多晶合成的实验研究
(中国粉体网/山川)
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