Los campos de aplicación del InP se dividen en tres áreas principales. Se utiliza como base

– para componentes optoelectrónicos

– para la electrónica de alta velocidad.

– para la energía fotovoltaica

Hay una zona del espectro electromagnético entre las microondas y los infrarrojos muy infrautilizada, pero técnicamente apasionante, que suele denominarse «terahercios». Las ondas electromagnéticas de esta zona poseen propiedades híbridas, ya que presentan simultáneamente características de alta frecuencia y ópticas. Los componentes basados en InP desbloquean esta gama espectral para nuevas e importantes aplicaciones.

Aplicaciones optoelectrónicasEditar

Los láseres y LEDs basados en InP pueden emitir luz en la amplísima gama de 1200 nm hasta 12 µm. Esta luz se utiliza para aplicaciones de telecomunicación y datacom basadas en fibra en todas las áreas del mundo digitalizado. La luz también se utiliza para aplicaciones de detección. Por un lado están las aplicaciones espectroscópicas, en las que se necesita una determinada longitud de onda para interactuar con la materia y detectar, por ejemplo, gases muy diluidos. Los terahercios optoelectrónicos se utilizan en analizadores espectroscópicos ultrasensibles, en la medición de espesores de polímeros y en la detección de revestimientos multicapa en la industria del automóvil. Por otro lado, los láseres específicos de InP tienen una gran ventaja: son seguros para los ojos. La radiación se absorbe en el cuerpo vítreo del ojo humano y no puede dañar la retina.

Telecom/DatacomEdit

El fosfuro de indio (InP) se utiliza para producir láseres eficientes, fotodetectores sensibles y moduladores en la ventana de longitud de onda típicamente utilizada para las telecomunicaciones, es decir, las longitudes de onda de 1550 nm, ya que es un material semiconductor compuesto III-V de banda directa. La longitud de onda entre unos 1510 nm y 1600 nm tiene la menor atenuación disponible en la fibra óptica (unos 0,26 dB/km). El InP es un material muy utilizado para la generación de señales láser y la detección y conversión de esas señales en forma electrónica. Los diámetros de las obleas oscilan entre 2 y 4 pulgadas.

Las aplicaciones son:

– Conexiones de fibra óptica de larga distancia hasta 5000 km típicamente >10 Tbit/s

– Redes de acceso en anillo de metro

– Redes de empresa y centro de datos

– Fibra hasta el hogar

– Conexiones a estaciones base inalámbricas 3G, LTE y 5G

– Comunicación por satélite en el espacio libre

Sensores ópticosEditar

Sensores espectroscópicos con el objetivo de proteger el medio ambiente e identificar sustancias peligrosas

– Un campo en auge es el de los sensores basados en el régimen de longitudes de onda del InP. Un ejemplo para la Espectroscopia de Gases es el equipo de prueba de conducción con medición en tiempo real de (CO, CO2, NOX ).

– Otro ejemplo es el espectrómetro FT-IR VERTEX con una fuente de terahercios. La radiación de terahercios se genera a partir de la señal de batido de 2 láseres InP y una antena InP que transforma la señal óptica al régimen de terahercios.

– Detección autónoma de rastros de sustancias explosivas en superficies, por ejemplo, para aplicaciones de seguridad en aeropuertos o para la investigación de la escena del crimen tras intentos de asesinato.

– Verificación rápida de rastros de sustancias tóxicas en gases y líquidos (incluida el agua del grifo) o contaminaciones superficiales hasta el nivel de ppb.

– Espectroscopia para el control no destructivo de productos, por ejemplo, alimentos (detección precoz de alimentos estropeados)

– La espectroscopia para muchas aplicaciones novedosas, especialmente en el control de la contaminación atmosférica, se está debatiendo en la actualidad y las implementaciones están en camino.

Sistemas LiDAR para el sector de la automoción y la industria 4.0Editar

En el ámbito del LiDAR se discute mucho sobre la longitud de onda de la señal. Mientras que algunos actores han optado por las longitudes de onda de 830 a 940 nm para aprovechar los componentes ópticos disponibles, las empresas (entre ellas Blackmore, Neptec, Aeye y Luminar) se decantan cada vez más por las longitudes de onda más largas en la banda de longitud de onda de 1550 nm, también bien aprovechada, ya que esas longitudes de onda permiten emplear potencias de láser aproximadamente 100 veces superiores sin comprometer la seguridad pública. Los láseres con longitudes de onda de emisión superiores a ≈ 1,4 μm suelen denominarse «seguros para los ojos» porque la luz en ese rango de longitudes de onda se absorbe fuertemente en la córnea, el cristalino y el cuerpo vítreo del ojo y, por tanto, no puede dañar la sensible retina).

– La tecnología de sensores basada en LiDAR puede proporcionar un alto nivel de identificación y clasificación de objetos con técnicas de imagen tridimensional (3D).

– La industria del automóvil adoptará en el futuro una tecnología de sensores LiDAR de estado sólido, basada en chips y de bajo coste, en lugar de los grandes y costosos sistemas LiDAR mecánicos.

– En los sistemas LiDAR más avanzados basados en chips, el InP desempeñará un papel importante y permitirá la conducción autónoma. (Informe: Blistering Growth for Automotive Lidar, Stewart Wills). La longitud de onda más larga y segura para los ojos también es más adecuada para hacer frente a las condiciones del mundo real, como el polvo, la niebla y la lluvia.

Electrónica de alta velocidadEditar

La tecnología de semiconductores actual permite crear y detectar frecuencias muy altas de 100 GHz y superiores. Dichos componentes encuentran sus aplicaciones en la comunicación inalámbrica de datos de alta velocidad (radio direccional), en los radares (compactos, eficientes energéticamente y de alta resolución) y en la detección radiométrica, por ejemplo, para las observaciones meteorológicas o atmosféricas.

El InP también se utiliza para realizar microelectrónica de alta velocidad y dichos dispositivos semiconductores son los más rápidos disponibles en la actualidad. Normalmente, la microelectrónica en InP se basa en transistores de alta movilidad de electrones (HEMT) o en transistores bipolares de heteroestructura (HBT). Los tamaños y volúmenes de ambos transistores basados en material InP son muy pequeños: 0,1 µm x 10 µm x 1µm. El grosor típico del sustrato es de < 100 µm. Estos transistores se ensamblan en circuitos y módulos para las siguientes aplicaciones:

– Sistemas de escaneo de seguridad: Sistemas de imagen para la obtención de imágenes de seguridad en aeropuertos y escáneres para aplicaciones de seguridad civil

– Comunicaciones inalámbricas: Las comunicaciones inalámbricas 5G de alta velocidad explorarán la tecnología InP debido a su rendimiento superior. Estos sistemas operan a frecuencias superiores a los 100 GHz para soportar altas velocidades de datos

– Aplicaciones biomédicas: Los espectrómetros de ondas milimétricas y THz se emplean para el diagnóstico no invasivo en aplicaciones médicas, desde la identificación de tejidos cancerosos, la detección de la diabetes, hasta el diagnóstico médico mediante el aire exhalado por los seres humanos.

– Ensayos no destructivos: Las aplicaciones industriales emplean sistemas de escaneo para el control de calidad en, por ejemplo, aplicaciones de grosor de la pintura de automóviles y defectos en materiales compuestos en el sector aeroespacial

– Robótica: La visión robótica se basa esencialmente en sistemas de radar de imagen de alta resolución en ondas milimétricas

– Detección radiométrica: Casi todos los componentes y contaminaciones de la atmósfera muestran absorciones/emisiones características (huellas dactilares) en el rango de las microondas. La InP permite fabricar sistemas pequeños, ligeros y móviles para identificar dichas sustancias.

Aplicaciones fotovoltaicasEditar

Las células fotovoltaicas con eficiencias más altas de hasta el 46% (Comunicado de prensa, Fraunhofer ISE, 1. de diciembre de 2014) utilizan sustratos de InP para lograr una combinación óptima de banda prohibida para convertir eficientemente la radiación solar en energía eléctrica. En la actualidad, solo los sustratos de InP logran la constante de red para cultivar los materiales de bajo bandgap necesarios con una alta calidad cristalina. Los grupos de investigación de todo el mundo están buscando sustitutos debido al elevado coste de estos materiales. Sin embargo, hasta ahora todas las demás opciones dan lugar a calidades de material inferiores y, por lo tanto, a eficiencias de conversión más bajas. Otras investigaciones se centran en la reutilización del sustrato InP como plantilla para la producción de otras células solares.

También las células solares actuales de alta eficiencia para la fotovoltaica de concentración (CPV) y para aplicaciones espaciales utilizan (Ga)InP y otros compuestos III-V para lograr las combinaciones de banda requeridas. Otras tecnologías, como las células solares de Si, proporcionan sólo la mitad de potencia que las células III-V y, además, muestran una degradación mucho más fuerte en el duro entorno espacial. Por último, las células solares de Si son también mucho más pesadas que las células solares III-V y ceden ante una mayor cantidad de basura espacial. Una forma de aumentar significativamente la eficiencia de conversión también en los sistemas fotovoltaicos terrestres es el uso de células solares III-V similares en los sistemas CPV, en los que sólo una décima parte de la superficie está cubierta por células solares III-V de alta eficiencia.