De toepassingsgebieden van InP vallen uiteen in drie hoofdgebieden. Het wordt gebruikt als basis

– voor opto-elektronische componenten

– voor high-speed elektronica.

– voor fotovoltaïsche toepassingen

Er is nog een sterk onderbenut, maar technisch opwindend gebied in het elektromagnetisch spectrum tussen microgolven en infrarood, dat vaak “Terahertz” wordt genoemd. Elektromagnetische golven in dit bereik bezitten hybride eigenschappen: zij vertonen gelijktijdig hoogfrequente en optische kenmerken. Op InP gebaseerde componenten ontsluiten dit spectrale bereik voor belangrijke nieuwe toepassingen.

Opto-elektronische toepassingenEdit

InP gebaseerde lasers en LED’s kunnen licht uitzenden in het zeer brede bereik van 1200 nm tot 12 µm. Dit licht wordt gebruikt voor op glasvezel gebaseerde Telecom en Datacom toepassingen in alle gebieden van de gedigitaliseerde wereld. Licht wordt ook gebruikt voor sensortoepassingen. Enerzijds zijn er spectroscopische toepassingen, waarbij een bepaalde golflengte nodig is voor interactie met materie om bijvoorbeeld sterk verdunde gassen te detecteren. Opto-elektronische terahertz wordt gebruikt in ultragevoelige spectroscopische analysatoren, diktemetingen van polymeren en voor de detectie van meerlagige coatings in de auto-industrie. Anderzijds is er een enorm voordeel van specifieke InP-lasers omdat zij oogveilig zijn. De straling wordt geabsorbeerd in het glasachtig lichaam van het menselijk oog en kan het netvlies niet beschadigen.

Telecom/DatacomEdit

Indiumfosfide (InP) wordt gebruikt om efficiënte lasers, gevoelige fotodetectoren en modulatoren te produceren in het golflengtevenster dat gewoonlijk voor telecommunicatie wordt gebruikt, d.w.z. de golflengten van 1550 nm, aangezien het een III-V samengesteld halfgeleidermateriaal met directe bandgap is. De golflengte tussen ongeveer 1510 nm en 1600 nm heeft de laagste verzwakking die beschikbaar is op optische vezels (ongeveer 0,26 dB/km). InP is een veelgebruikt materiaal voor het opwekken van lasersignalen en de detectie en omzetting van die signalen terug in elektronische vorm. De wafeldiameters variëren van 2 tot 4 duim.

Toepassingen zijn:

– Langeafstands glasvezelverbindingen over grote afstand tot 5000 km typisch >10 Tbit/s

– Metro ring toegangsnetwerken

– Bedrijfsnetwerken en datacenter

– Fibre to the home

– Verbindingen met draadloze 3G, LTE en 5G basisstations

– Vrije ruimte satellietcommunicatie

Optische SensingEdit

Spectroscopische Sensing gericht op milieubescherming en identificatie van gevaarlijke stoffen

– Een groeiend gebied is sensing op basis van het golflengtebereik van InP. Een voorbeeld voor gasspectroscopie is aandrijvingstestapparatuur met real-time meting van (CO, CO2, NOX ).

– Een ander voorbeeld is FT-IR-Spectrometer VERTEX met een terahertzbron. De terahertzstraling wordt gegenereerd uit het klopsignaal van 2 InP-lasers en een InP-antenne die het optische signaal naar het terahertzregime transformeert.

– Stand-Off detectie van sporen van explosieve stoffen op oppervlakken, b.v. voor veiligheidstoepassingen op luchthavens of onderzoek op de plaats delict na moordaanslagen.

– Snelle verificatie van sporen van toxische stoffen in gassen en vloeistoffen (inclusief leidingwater) of oppervlakteverontreinigingen tot op ppb-niveau.

– Spectroscopie voor niet-destructieve produktcontrole van b.v. levensmiddelen (vroegtijdige opsporing van bedorven levensmiddelen)

– Spectroscopie voor vele nieuwe toepassingen, vooral bij de bestrijding van luchtverontreiniging, wordt thans besproken en de toepassingen zijn in aantocht.

LiDAR-systemen voor de automobielsector en industrie 4.0Edit

Wijdverbreid besproken in de LiDAR-arena is de golflengte van het signaal. Terwijl sommige spelers hebben gekozen voor golflengten van 830 tot 940 nm om te profiteren van beschikbare optische componenten, wenden bedrijven (waaronder Blackmore, Neptec, Aeye en Luminar) zich steeds meer tot langere golflengten in de ook goed bediende golflengteband van 1550 nm, omdat die golflengten laservermogens mogelijk maken die ruwweg 100 keer hoger zijn om te worden gebruikt zonder de openbare veiligheid in gevaar te brengen. Lasers met emissiegolflengten langer dan ≈ 1,4 μm worden vaak “oogveilig” genoemd, omdat licht in dat golflengtegebied sterk wordt geabsorbeerd in het hoornvlies, de lens en het glasachtig lichaam van het oog en daarom het gevoelige netvlies niet kan beschadigen).

– Op LiDAR gebaseerde sensortechnologie kan een hoog niveau van objectidentificatie en -classificatie bieden met driedimensionale (3D) beeldvormingstechnieken.

– De auto-industrie zal in de toekomst een chip-gebaseerde, goedkope solid state LiDAR-sensortechnologie aannemen in plaats van grote, dure, mechanische LiDAR-systemen.

– Voor de meest geavanceerde chip-gebaseerde LiDAR-systemen zal InP een belangrijke rol spelen en zal autonoom rijden mogelijk maken. (Rapport: Blistering Growth for Automotive Lidar, Stewart Wills). De langere, voor het oog veilige golflengte is ook geschikter voor omstandigheden in de echte wereld, zoals stof, mist en regen.

High-speed electronicsEdit

De halfgeleidertechnologie van vandaag de dag maakt het mogelijk zeer hoge frequenties van 100 GHz en hoger te maken en te detecteren. Dergelijke componenten vinden hun toepassingen in draadloze hogesnelheids-datacommunicatie (richtradio), radars (compact, energie-efficiënt en met hoge resolutie), en radiometrische detectie, b.v. voor weer- of atmosferische waarnemingen.

InP wordt ook gebruikt om hogesnelheids-micro-elektronica te realiseren en dergelijke halfgeleiderelementen zijn de snelste apparaten die vandaag beschikbaar zijn. Micro-elektronica op InP is gewoonlijk gebaseerd op hoge elektronenmobiliteitstransistoren (HEMT) of op heterostructurele bipolaire transistoren (HBT). De afmetingen en volumes van beide transistoren op basis van InP-materiaal zijn zeer klein: 0,1 µm x 10 µm x 1µm. Typische substraatdiktes zijn < 100 µm. Deze transistors worden geassembleerd in circuits en modules voor de volgende toepassingen:

– Security scanning systemen: Beeldvormingssystemen voor veiligheidsbeeldvorming op luchthavens en scanners voor civiele veiligheidstoepassingen

– Draadloze communicatie: Draadloze 5G-communicatiesystemen met hoge snelheid zullen de InP-technologie verkennen vanwege de superieure prestaties. Dergelijke systemen werken bij frequenties boven 100 GHz om hoge datasnelheden te ondersteunen

– Biomedische toepassingen: Millimetergolf- en THz-spectrometers worden gebruikt voor niet-invasieve diagnostiek in medische toepassingen, van de identificatie van kankerweefsel en de detectie van diabetes tot medische diagnostiek met behulp van menselijke uitgeademde lucht.

– Niet-destructief onderzoek: Bij industriële toepassingen worden scansystemen gebruikt voor kwaliteitscontrole, bijvoorbeeld bij verfdiktetoepassingen in auto’s en defecten in composietmaterialen in de lucht- en ruimtevaart

– Robotica: Robotvisie is hoofdzakelijk gebaseerd op radar-systemen met hoge resolutie voor beeldvorming bij millimetergolven

– Radiometrische detectie: Bijna alle componenten en verontreinigingen in de atmosfeer vertonen karakteristieke absorpties/emissies (vingerafdrukken) in het microgolfbereik. InP maakt het mogelijk om kleine, lichtgewicht en mobiele systemen te fabriceren om dergelijke stoffen te identificeren.

Fotovoltaïsche toepassingenEdit

Fotovoltaïsche cellen met de hoogste efficiëntie tot 46% (Persbericht, Fraunhofer ISE, 1. December 2014) implementeren InP-substraten om een optimale bandgapcombinatie te bereiken om zonnestraling efficiënt om te zetten in elektrische energie. Vandaag bereiken alleen InP-substraten de roosterconstante om de vereiste materialen met lage bandgap en hoge kristallijne kwaliteit te kweken. Onderzoeksgroepen over de hele wereld zijn op zoek naar vervangers vanwege de hoge kosten van deze materialen. Tot dusver leveren alle andere opties echter lagere materiaalkwaliteiten en dus lagere omzettingsrendementen op. Verder onderzoek is gericht op het hergebruik van het InP-substraat als sjabloon voor de productie van verdere zonnecellen.

Ook de huidige geavanceerde hoogefficiënte zonnecellen voor fotovoltaïsche concentratoren (CPV) en voor ruimtevaarttoepassingen maken gebruik van (Ga)InP en andere III-V-verbindingen om de vereiste bandkloofcombinaties te bereiken. Andere technologieën, zoals zonnecellen op basis van Si, leveren slechts half zoveel vermogen als III-V-cellen en vertonen bovendien een veel sterkere degradatie in de ruwe ruimte-omgeving. Tenslotte zijn Si-zonnecellen ook veel zwaarder dan III-V-zonnecellen en zijn ze vatbaarder voor een grotere hoeveelheid ruimtepuin. Een manier om de omzettingsefficiëntie ook in terrestrische fotovoltaïsche systemen aanzienlijk te verhogen is het gebruik van soortgelijke III-V-zonnecellen in CPV-systemen, waar slechts ongeveer een tiende van een procent van het oppervlak wordt bedekt door III-V-zonnecellen met een hoog rendement.