Az InP alkalmazási területei három fő területre oszlanak. Alapként
– optoelektronikai alkatrészek
– nagysebességű elektronikában használják.
– a fotovoltaikában
Az elektromágneses spektrumnak a mikrohullámok és az infravörös közötti, gyakran “Terahertz”-ként emlegetett, még mindig rendkívül kihasználatlan, de technikailag izgalmas zónája. Az elektromágneses hullámok ebben a tartományban hibrid tulajdonságokkal rendelkeznek, egyszerre mutatnak nagyfrekvenciás és optikai jellemzőket. Az InP-alapú alkatrészek fontos új alkalmazások számára nyitják meg ezt a spektrumtartományt.
Optoelektronikai alkalmazásokSzerkesztés
Az InP-alapú lézerek és LED-ek az 1200 nm-től egészen 12 µm-ig terjedő igen széles tartományban képesek fényt kibocsátani. Ezt a fényt szálalapú távközlési és adatátviteli alkalmazásokban használják a digitalizált világ minden területén. A fényt érzékelő alkalmazásokban is használják. Egyrészt vannak spektroszkópiai alkalmazások, ahol egy bizonyos hullámhosszra van szükség az anyaggal való kölcsönhatáshoz, például a nagyon híg gázok kimutatásához. Az optoelektronikus terahertzes fényt ultraérzékeny spektroszkópiai analizátorokban, a polimerek vastagságának mérésében és a többrétegű bevonatok érzékelésére használják az autóiparban. Másrészt óriási előnye van a speciális InP-lézereknek, mert ezek szemkímélőek. A sugárzás elnyelődik az emberi szem üvegtestében, és nem károsíthatja a retinát.
Telecom/DatacomEdit
Az indium-foszfidot (InP) hatékony lézerek, érzékeny fotodetektorok és modulátorok előállítására használják a távközlésben jellemzően használt hullámhosszú ablakban, azaz az 1550 nm-es hullámhosszon, mivel ez egy közvetlen sávszélességű III-V vegyület félvezető anyag. A kb. 1510 nm és 1600 nm közötti hullámhosszon a legkisebb az optikai szálon elérhető csillapítás (kb. 0,26 dB/km). Az InP általánosan használt anyag a lézerjelek előállítására, valamint e jelek detektálására és elektronikus formába történő visszaalakítására. Az ostyák átmérője 2-4 hüvelyk között mozog.
Az alkalmazások a következők:
– Hosszú távú optikai szálas összeköttetések nagy távolságokon, akár 5000 km-en keresztül, jellemzően >10 Tbit/s
– Metró gyűrűs hozzáférési hálózatok
– Vállalati hálózatok és adatközpont
– Szálas összeköttetés a házig
– Vezeték nélküli 3G összeköttetések, LTE és 5G bázisállomásokhoz
– Szabad térbeli műholdas kommunikáció
Optikai érzékelésSzerkesztés
Spektroszkópiai érzékelés a környezetvédelem és a veszélyes anyagok azonosítása céljából
– Egy növekvő terület az InP hullámhossz-rendszerén alapuló érzékelés. A gázspektroszkópia egyik példája a (CO, CO2, NOX ) valós idejű mérésével működő hajtásvizsgáló berendezés.
– Egy másik példa a VERTEX FT-IR spektrométer terahertzes forrással. A terahertzes sugárzást 2 InP-lézer és egy InP-antenna verőjeléből állítják elő, amely az optikai jelet a terahertzes tartományba transzformálja.
– Robbanóanyagok nyomainak stand-off kimutatása felületeken, pl. biztonsági alkalmazásokhoz repülőtereken vagy merényletkísérletek utáni helyszíneléshez.
– Mérgező anyagok nyomainak gyors ellenőrzése gázokban és folyadékokban (beleértve a csapvizet is) vagy felületi szennyeződésekben egészen a ppb szintig.
– Spektroszkópia a roncsolásmentes termékellenőrzéshez, pl. élelmiszereknél (romlott élelmiszerek korai felismerése)
– A spektroszkópia számos újszerű alkalmazása, különösen a légszennyezés ellenőrzésében, ma már szóba került, és a megvalósítások folyamatban vannak.
LiDAR-rendszerek az autóipar és az ipar 4.0 számáraSzerkesztés
A LiDAR területén széles körben vitatott kérdés a jel hullámhossza. Míg egyes szereplők a rendelkezésre álló optikai alkatrészek kihasználása érdekében a 830-940 nm-es hullámhosszakat választották, a vállalatok (köztük a Blackmore, a Neptec, az Aeye és a Luminar) egyre inkább a hosszabb hullámhosszak felé fordulnak a szintén jól kiszolgált 1550 nm-es hullámhosszakon, mivel ezek a hullámhosszak lehetővé teszik a nagyjából százszor nagyobb lézerteljesítmények alkalmazását a közbiztonság veszélyeztetése nélkül. A ≈ 1,4 μm-nél hosszabb kibocsátási hullámhosszúságú lézereket gyakran “szembiztosnak” nevezik, mivel az ebben a hullámhossz-tartományban lévő fényt a szem szaruhártyája, lencséje és üvegteste erősen elnyeli, és ezért nem károsíthatja az érzékeny retinát).
– A LiDAR-alapú érzékelőtechnológia háromdimenziós (3D) képalkotási technikákkal magas szintű objektum-azonosítást és osztályozást biztosíthat.
– Az autóipar a jövőben a nagyméretű, drága, mechanikus LiDAR-rendszerek helyett chip-alapú, alacsony költségű szilárdtest LiDAR-érzékelő technológiát fog alkalmazni.
– A legfejlettebb chip-alapú LiDAR-rendszerek esetében az InP fontos szerepet fog játszani, és lehetővé teszi az autonóm vezetést. (Jelentés: Blistering Growth for Automotive Lidar, Stewart Wills). A hosszabb szemnek biztonságosabb hullámhossz a valós körülmények, például a por, a köd és az eső kezelésére is alkalmasabb.
Nagysebességű elektronikaSzerkesztés
A mai félvezető technológia lehetővé teszi a nagyon magas, 100 GHz-es és magasabb frekvenciák létrehozását és érzékelését. Az ilyen alkatrészek a vezeték nélküli nagysebességű adatkommunikációban (irányított rádió), a radarokban (kompakt, energiatakarékos és nagy felbontású), valamint a radiometrikus érzékelésben pl. időjárás- vagy légköri megfigyelésekhez találnak alkalmazást.
Az IP-t nagysebességű mikroelektronika megvalósítására is használják, és az ilyen félvezető eszközök a ma elérhető leggyorsabb eszközök. Az InP-n alapuló mikroelektronika jellemzően nagy elektronmobilitású tranzisztorokon (HEMT) vagy heterostruktúrájú bipoláris tranzisztorokon (HBT) alapul. Mindkét InP anyagon alapuló tranzisztor mérete és térfogata nagyon kicsi: 0,1 µm x 10 µm x 1µm. A tipikus szubsztrátvastagság < 100 µm. Ezeket a tranzisztorokat áramkörökbe és modulokba szerelik a következő alkalmazásokhoz:
– Biztonsági letapogató rendszerek: Képalkotó rendszerek repülőtéri biztonsági képalkotáshoz és szkennerek polgári biztonsági alkalmazásokhoz
– Vezeték nélküli kommunikáció: A nagysebességű 5G vezeték nélküli kommunikáció az InP technológiát fogja felfedezni annak kiváló teljesítménye miatt. Az ilyen rendszerek 100 GHz feletti frekvenciákon működnek a nagy adatátviteli sebességek támogatása érdekében
– Biomedicinális alkalmazások: A milliméterhullámú és THz spektrométereket nem invazív diagnosztikára alkalmazzák az orvosi alkalmazásokban a rákos szövetek azonosításától kezdve a cukorbetegség kimutatásán át az emberi kilélegzett levegő felhasználásával történő orvosi diagnosztikáig.
– Rombolásmentes vizsgálatok: Ipari alkalmazásokban pásztázó rendszereket alkalmaznak minőségellenőrzésre, például autóipari festékvastagság-ellenőrzésre és a kompozit anyagok hibáinak vizsgálatára a repülőgépiparban
– Robotika: A robotikus látás alapvetően nagy felbontású, milliméterhullámú képalkotó radarrendszereken alapul
– Radiometrikus érzékelés: A légkör szinte minden összetevője és szennyeződése jellegzetes abszorpciót/emissziót (ujjlenyomatot) mutat a mikrohullámú tartományban. Az InP lehetővé teszi kis méretű, könnyű és mobil rendszerek gyártását az ilyen anyagok azonosítására.
Fotovoltaikus alkalmazásokSzerkesztés
A legmagasabb, akár 46%-os hatásfokkal rendelkező fotovoltaikus cellák (Sajtóközlemény, Fraunhofer ISE, 2014. december 1.) InP szubsztrátokat alkalmaznak az optimális sávhatár-kombináció elérése érdekében a napsugárzás elektromos energiává történő hatékony átalakításához. Napjainkban csak az InP szubsztrátumok érik el azt a rácsállandót, amely a szükséges alacsony sávszélességű anyagok magas kristályminőségű növesztéséhez szükséges. Ezen anyagok magas költségei miatt a kutatócsoportok a világ minden táján keresik a helyettesítő anyagokat. Eddig azonban minden más lehetőség alacsonyabb anyagminőséget és ezáltal alacsonyabb konverziós hatásfokot eredményez. A további kutatások középpontjában az InP hordozó sablonként történő újrafelhasználása áll további napelemek előállításához.
A mai korszerű, nagy hatásfokú napelemek a koncentrátoros fotovoltaikában (CPV) és az űrtechnikai alkalmazásokban is (Ga)InP-t és más III-V vegyületeket használnak a szükséges sávhatár-kombinációk eléréséhez. Más technológiák, például a Si napelemek csak feleakkora teljesítményt nyújtanak, mint a III-V cellák, és ráadásul sokkal erősebb degradációt mutatnak a zord űrkörnyezetben. Végül a Si-alapú napelemek sokkal nehezebbek, mint a III-V napelemek, és nagyobb mennyiségű űrszemétnek vannak kitéve. A konverziós hatásfok jelentős növelésének egyik módja a földi PV-rendszerekben is a hasonló III-V napelemek alkalmazása a CPV-rendszerekben, ahol a területnek csak körülbelül egytized százalékát fedik le a nagy hatásfokú III-V napelemek.