Anvendelsesområderne for InP deler sig op i tre hovedområder. Det anvendes som grundlag

– for optoelektroniske komponenter

– for højhastighedselektronik.

– til fotovoltaik

Der findes stadig et meget underudnyttet, men teknisk spændende område i det elektromagnetiske spektrum mellem mikrobølger og infrarødt, der ofte kaldes “Terahertz”. Elektromagnetiske bølger i dette område besidder hybride egenskaber, de viser højfrekvens- og optiske egenskaber på samme tid. InP-baserede komponenter åbner dette spektralområde for vigtige nye anvendelser.

Optoelektroniske anvendelserRediger

InP-baserede lasere og lysdioder kan udsende lys i det meget brede område fra 1200 nm op til 12 µm. Dette lys anvendes til fiberbaserede telekommunikations- og datakommunikationsapplikationer i alle områder af den digitaliserede verden. Lyset anvendes også til sensortapplikationer. På den ene side er der spektroskopiske anvendelser, hvor en bestemt bølgelængde er nødvendig for at interagere med stof for f.eks. at detektere stærkt fortyndede gasser. Optoelektronisk terahertz anvendes i ultrafølsomme spektroskopiske analysatorer, tykkelsesmålinger af polymerer og til detektion af flerlagsbelægninger i bilindustrien. På den anden side er der en stor fordel ved specifikke InP-lasere, fordi de er sikre for øjnene. Strålingen absorberes i det menneskelige øjes glaslegeme og kan ikke skade nethinden.

Telecom/DatacomEdit

Indiumphosphid (InP) anvendes til at fremstille effektive lasere, følsomme fotodetektorer og modulatorer i det bølgelængdevindue, der typisk anvendes til telekommunikation, dvs. 1550 nm bølgelængder, da det er et III-V-halvlederforbindelsesmateriale med direkte båndgab. Bølgelængden mellem ca. 1510 nm og 1600 nm har den laveste dæmpning, der er tilgængelig på optiske fibre (ca. 0,26 dB/km). InP er et almindeligt anvendt materiale til generering af lasersignaler og til detektion og konvertering af disse signaler tilbage til elektronisk form. Waferdiameteren varierer fra 2-4 tommer.

Anvendelsesområder er:

– Langtrækkende optiske fiberforbindelser over store afstande på op til 5000 km typisk >10 Tbit/s

– Metro ring access networks

– Virksomhedsnetværk og datacenter

– Fiber to the home

– Forbindelser til trådløs 3G, LTE- og 5G-basestationer

– Satellitkommunikation i det frie rum

Optisk sensingRediger

Spectroscopic Sensing med henblik på miljøbeskyttelse og identifikation af farlige stoffer

– Et voksende område er sensing baseret på bølgelængderegimet i InP. Et eksempel på gasspektroskopi er køretestudstyr med realtidsmåling af (CO, CO2, NOX ).

– Et andet eksempel er FT-IR-spektrometeret VERTEX med en terahertz-kilde. Terahertz-strålingen genereres af det bankende signal fra 2 InP-lasere og en InP-antenne, der transformerer det optiske signal til terahertz-regimet.

– Stand-Off-detektion af spor af eksplosive stoffer på overflader, f.eks. til sikkerhedsanvendelser i lufthavne eller til efterforskning af gerningssteder efter mordforsøg.

– Hurtig verifikation af spor af giftige stoffer i gasser og væsker (herunder ledningsvand) eller overfladeforureninger ned til ppb-niveau.

– Spektroskopi til ikke-destruktiv produktkontrol af f.eks. fødevarer (tidlig påvisning af fordærvede fødevarer)

– Spektroskopi til mange nye anvendelser, især inden for luftforureningskontrol, drøftes i dag, og implementering er på vej.

LiDAR-systemer til bilsektoren og industri 4.0Rediger

Den bølgelængde, der diskuteres meget inden for LiDAR-området, er signalets bølgelængde. Mens nogle aktører har valgt bølgelængder på 830-940 nm for at drage fordel af de tilgængelige optiske komponenter, vender virksomhederne (herunder Blackmore, Neptec, Aeye og Luminar) sig i stigende grad mod længere bølgelængder i det også velbetjente bølgelængdebånd på 1550 nm, da disse bølgelængder gør det muligt at anvende lasereffekter, der er ca. 100 gange højere, uden at det går ud over den offentlige sikkerhed. Lasere med emissionsbølgelængder længere end ≈ 1,4 μm kaldes ofte “øjensikre”, fordi lys i dette bølgelængdeområde absorberes kraftigt i øjets hornhinde, linse og glaslegeme og derfor ikke kan skade den følsomme nethinde).

– LiDAR-baseret sensorteknologi kan give et højt niveau af objektidentifikation og -klassificering med tredimensionale (3D) billedteknikker.

– Bilindustrien vil i fremtiden indføre en chipbaseret, billig solid state LiDAR-sensorteknologi i stedet for store, dyre, mekaniske LiDAR-systemer.

– For de mest avancerede chipbaserede LiDAR-systemer vil InP spille en vigtig rolle og vil muliggøre autonom kørsel. (Rapport: Blistering Growth for Automotive Lidar, Stewart Wills). Den længere øjensikre bølgelængde er også mere velegnet til at håndtere forhold i den virkelige verden som støv, tåge og regn.

HøjhastighedselektronikRediger

Den nuværende halvlederteknologi gør det muligt at skabe og detektere meget høje frekvenser på 100 GHz og højere. Sådanne komponenter finder anvendelse i trådløs højhastighedsdatakommunikation (retningsbestemt radio), radarer (kompakte, energieffektive og meget opløsende) og radiometrisk måling, f.eks. til vejr- eller atmosfæriske observationer.

InP anvendes også til at realisere højhastigheds-mikroelektronik, og sådanne halvlederkomponenter er de hurtigste enheder, der er tilgængelige i dag. Mikroelektronik på InP er typisk baseret på HEMT’er (High Electron Mobility Transistors) eller HBT’er (Heterostructure Bipolar Transistors). Størrelsen og volumenet af begge transistorer baseret på InP-materiale er meget lille: 0,1 µm x 10 µm x 1µm. De typiske substrattykkelser er < 100 µm. Disse transistorer samles i kredsløb og moduler til følgende anvendelser:

– Sikkerhedsscanningssystemer: Billeddannelsessystemer til lufthavnssikkerhedsbilleder og scannere til civile sikkerhedsapplikationer

– Trådløs kommunikation: Højhastigheds 5G trådløs kommunikation vil udforske InP-teknologien på grund af dens overlegne ydeevne. Sådanne systemer opererer ved frekvenser på over 100 GHz for at understøtte høje datahastigheder

– Biomedicinske anvendelser: Millimeterbølge- og THz-spektrometre anvendes til ikke-invasiv diagnostik i medicinske anvendelser, fra identifikation af kræftvæv og påvisning af diabetes til medicinsk diagnostik ved hjælp af menneskers udåndingsluft.

– Ikke-destruktiv prøvning: Industrielle anvendelser anvender scanningssystemer til kvalitetskontrol af f.eks. bilers laktykkelse og defekter i kompositmaterialer inden for luft- og rumfart

– Robotteknologi: Robotsyn er hovedsagelig baseret på billeddannende radarsystemer med høj opløsning ved millimeterbølger

– Radiometrisk aftastning: Næsten alle komponenter og forureninger i atmosfæren viser karakteristiske absorptions/emissioner (fingeraftryk) i mikrobølgeområdet. InP gør det muligt at fremstille små, lette og mobile systemer til at identificere sådanne stoffer.

Fotovoltaiske anvendelserRediger

Fotovoltaiske celler med den højeste effektivitet på op til 46 % (pressemeddelelse, Fraunhofer ISE, 1. december 2014) anvender InP-substrater for at opnå en optimal kombination af båndgab for effektivt at konvertere solstråling til elektrisk energi. I dag er det kun InP-substrater, der opnår gitterkonstanten til at dyrke de nødvendige materialer med lavt båndgab med høj krystallinsk kvalitet. Forskergrupper over hele verden søger efter erstatninger på grund af de høje omkostninger ved disse materialer. Indtil nu har alle andre muligheder imidlertid givet lavere materialekvaliteter og dermed lavere konverteringseffektivitet. Yderligere forskning fokuserer på genbrug af InP-substratet som skabelon til fremstilling af yderligere solceller.

Også i dagens avancerede højeffektive solceller til solcellekoncentratorer (CPV) og til rumapplikationer anvendes (Ga)InP og andre III-V-forbindelser til at opnå de nødvendige båndgabkombinationer. Andre teknologier, som f.eks. Si-solceller, giver kun halvt så meget effekt som III-V-celler og udviser desuden en meget kraftigere nedbrydning i det barske rummiljø. Endelig er Si-baserede solceller også meget tungere end III-V-solceller og giver anledning til en større mængde rumaffald. En måde at øge konverteringseffektiviteten betydeligt, også i jordbaserede solcelleanlæg, er at anvende lignende III-V-solceller i CPV-systemer, hvor kun omkring en tiendedel af en procent af arealet er dækket af højeffektive III-V-solceller.