Les champs d’application de l’InP se divisent en trois domaines principaux. Il est utilisé comme base

– pour les composants optoélectroniques

– pour l’électronique à grande vitesse.

– pour le photovoltaïque

Il existe encore une zone du spectre électromagnétique largement sous-utilisée, mais techniquement passionnante, entre les micro-ondes et l’infrarouge, souvent appelée « Terahertz ». Les ondes électromagnétiques de cette gamme possèdent des propriétés hybrides : elles présentent simultanément des caractéristiques haute fréquence et optiques. Les composants à base d’InP débloquent cette gamme spectrale pour de nouvelles applications importantes.

Applications optoélectroniquesEdit

Les lasers et les LED à base d’InP peuvent émettre de la lumière dans la très large gamme de 1200 nm jusqu’à 12 µm. Cette lumière est utilisée pour les applications de télécommunication et de télécommunication par fibre optique dans tous les domaines du monde numérisé. La lumière est également utilisée pour des applications de détection. D’une part, il y a les applications spectroscopiques, où une certaine longueur d’onde est nécessaire pour interagir avec la matière et détecter des gaz très dilués, par exemple. Le térahertz optoélectronique est utilisé dans des analyseurs spectroscopiques ultra-sensibles, pour mesurer l’épaisseur des polymères et pour détecter les revêtements multicouches dans l’industrie automobile. D’autre part, les lasers InP spécifiques présentent l’énorme avantage d’être sans danger pour les yeux. Le rayonnement est absorbé dans le corps vitreux de l’œil humain et ne peut pas endommager la rétine.

Télécom/DatacomEdit

Le phosphure d’indium (InP) est utilisé pour produire des lasers efficaces, des photodétecteurs et des modulateurs sensibles dans la fenêtre de longueur d’onde généralement utilisée pour les télécommunications, c’est-à-dire les longueurs d’onde de 1550 nm, car c’est un matériau semi-conducteur composé III-V à bande interdite directe. La longueur d’onde comprise entre environ 1510 nm et 1600 nm présente la plus faible atténuation disponible sur une fibre optique (environ 0,26 dB/km). L’InP est un matériau couramment utilisé pour la génération de signaux laser ainsi que pour la détection et la conversion de ces signaux sous forme électronique. Le diamètre des plaquettes varie de 2 à 4 pouces.

Les applications sont :

– Connexions de fibre optique longue distance sur une grande distance jusqu’à 5000 km typiquement >10 Tbit/s

– Réseaux d’accès en anneau métropolitain

– Réseaux d’entreprise et centre de données

– Fibre à domicile

– Connexions aux stations de base sans fil 3G, LTE et 5G stations de base

– Communication par satellite en espace libre

Capteur optiqueEdit

Capteur spectroscopique visant la protection de l’environnement et l’identification des substances dangereuses

– Un domaine en pleine croissance est la détection basée sur le régime de longueur d’onde de l’InP. Un exemple pour la spectroscopie de gaz est l’équipement de test de conduite avec une mesure en temps réel de (CO, CO2, NOX ).

– Un autre exemple est le spectromètre FT-IR VERTEX avec une source terahertz. Le rayonnement térahertz est généré à partir du signal de battement de 2 lasers InP et d’une antenne InP qui transforme le signal optique dans le régime térahertz.

– Détection autonome de traces de substances explosives sur des surfaces, par exemple pour des applications de sécurité dans les aéroports ou des enquêtes sur des scènes de crime après des tentatives d’assassinat.

– Vérification rapide de traces de substances toxiques dans des gaz et des liquides (y compris l’eau du robinet) ou de contaminations de surface jusqu’au niveau ppb.

– Spectroscopie pour le contrôle non destructif des produits, par exemple des aliments (détection précoce des aliments avariés)

– Spectroscopie pour de nombreuses applications nouvelles, en particulier dans le contrôle de la pollution de l’air sont discutées aujourd’hui et les mises en œuvre sont en cours.

Systèmes LiDAR pour le secteur automobile et l’industrie 4.0Edit

La longueur d’onde du signal est largement discutée dans l’arène LiDAR. Alors que certains acteurs ont opté pour des longueurs d’onde de 830 à 940 nm pour tirer parti des composants optiques disponibles, les entreprises (notamment Blackmore, Neptec, Aeye et Luminar) se tournent de plus en plus vers des longueurs d’onde plus longues dans la bande de 1550 nm, également bien desservie, car ces longueurs d’onde permettent d’employer des puissances laser environ 100 fois plus élevées sans compromettre la sécurité publique. Les lasers dont la longueur d’onde d’émission est supérieure à ≈ 1,4 μm sont souvent qualifiés de « sûrs pour les yeux », car la lumière dans cette gamme de longueurs d’onde est fortement absorbée par la cornée, le cristallin et le corps vitré de l’œil et ne peut donc pas endommager la rétine sensible).

– La technologie des capteurs basée sur le LiDAR peut fournir un niveau élevé d’identification et de classification des objets avec des techniques d’imagerie tridimensionnelle (3D).

– L’industrie automobile adoptera à l’avenir une technologie de capteur LiDAR à semi-conducteurs basée sur une puce et à faible coût au lieu de grands systèmes LiDAR mécaniques coûteux.

– Pour les systèmes LiDAR basés sur une puce les plus avancés, l’InP jouera un rôle important et permettra la conduite autonome. (Rapport : Blistering Growth for Automotive Lidar, Stewart Wills). La plus grande longueur d’onde sans danger pour les yeux est également plus appropriée pour faire face aux conditions du monde réel comme la poussière, le brouillard et la pluie.

Électronique à haute vitesseEdit

La technologie des semi-conducteurs d’aujourd’hui permet la création et la détection de très hautes fréquences de 100 GHz et plus. De tels composants trouvent leurs applications dans la communication de données sans fil à haut débit (radio directionnelle), les radars (compacts, économes en énergie et à haute résolution) et la détection radiométrique, par exemple pour les observations météorologiques ou atmosphériques.

L’InP est également utilisé pour réaliser la microélectronique à haut débit et ces dispositifs à semi-conducteurs sont les dispositifs les plus rapides disponibles aujourd’hui. Généralement, la microélectronique sur InP est basée sur des transistors à haute mobilité des électrons (HEMT) ou sur des transistors bipolaires à hétérostructure (HBT). Les tailles et les volumes des deux transistors basés sur le matériau InP sont très petits : 0,1 µm x 10 µm x 1µm. L’épaisseur typique du substrat est de < 100 µm. Ces transistors sont assemblés en circuits et modules pour les applications suivantes :

– Systèmes de balayage de sécurité : Systèmes d’imagerie pour la sécurité des aéroports et scanners pour les applications de sécurité civile

– Communications sans fil : Les communications sans fil 5G à haut débit exploreront la technologie InP en raison de ses performances supérieures. De tels systèmes fonctionnent à des fréquences supérieures à 100 GHz afin de supporter des débits de données élevés

– Applications biomédicales : Les spectromètres à ondes millimétriques et THz sont employés pour des diagnostics non invasifs dans des applications médicales allant de l’identification des tissus cancéreux à la détection du diabète, en passant par des diagnostics médicaux utilisant l’air expiré par les humains.

– Essais non destructifs : Les applications industrielles emploient des systèmes de numérisation pour le contrôle de la qualité, par exemple dans les applications d’épaisseur de peinture automobile et les défauts dans les matériaux composites dans l’aérospatiale

– Robotique : La vision robotique est essentiellement basée sur des systèmes radar d’imagerie haute résolution à ondes millimétriques

– Détection radiométrique : Presque tous les composants et pollutions de l’atmosphère présentent des absorptions/émissions caractéristiques (empreintes digitales) dans la gamme des micro-ondes. L’InP permet de fabriquer des systèmes petits, légers et mobiles pour identifier ces substances.

Applications photovoltaïquesEdit

Les cellules photovoltaïques avec les plus hauts rendements allant jusqu’à 46% (Communiqué de presse, Fraunhofer ISE, 1. Décembre 2014) mettent en œuvre des substrats InP pour obtenir une combinaison optimale de bande interdite afin de convertir efficacement le rayonnement solaire en énergie électrique. Aujourd’hui, seuls les substrats InP atteignent la constante de réseau permettant de faire croître les matériaux à faible bande interdite requis avec une qualité cristalline élevée. Des groupes de recherche du monde entier cherchent des solutions de remplacement en raison du coût élevé de ces matériaux. Cependant, jusqu’à présent, toutes les autres options donnent des qualités de matériaux inférieures et donc des rendements de conversion inférieurs. Les recherches futures se concentrent sur la réutilisation du substrat InP comme modèle pour la production d’autres cellules solaires.

Aussi, les cellules solaires de pointe à haut rendement d’aujourd’hui pour le photovoltaïque à concentration (CPV) et pour les applications spatiales utilisent le (Ga)InP et d’autres composés III-V pour obtenir les combinaisons de bandes interdites requises. D’autres technologies, telles que les cellules solaires en Si, ne fournissent que la moitié de la puissance des cellules III-V et présentent en outre une dégradation beaucoup plus forte dans l’environnement spatial difficile. Enfin, les cellules solaires à base de silicium sont également beaucoup plus lourdes que les cellules solaires III-V et sont exposées à un plus grand nombre de débris spatiaux. Une façon d’augmenter de manière significative l’efficacité de conversion également dans les systèmes PV terrestres est l’utilisation de cellules solaires III-V similaires dans les systèmes CPV où seulement un dixième de pour cent environ de la surface est couverte par des cellules solaires III-V à haut rendement.