Pola zastosowań InP dzielą się na trzy główne obszary. Jest on używany jako podstawa

– dla elementów optoelektronicznych

– dla szybkiej elektroniki.

– dla fotowoltaiki

Jest jeszcze ogromnie niewykorzystana, ale technicznie ekscytująca strefa w widmie elektromagnetycznym pomiędzy mikrofalami a podczerwienią, często określana jako „Terahertz”. Fale elektromagnetyczne w tym zakresie posiadają hybrydowe właściwości, wykazując jednocześnie charakterystykę wysokoczęstotliwościową i optyczną. Komponenty oparte na InP otwierają ten zakres spektralny dla nowych, ważnych zastosowań.

Zastosowania optoelektroniczneEdit

Lasery i diody LED oparte na InP mogą emitować światło w bardzo szerokim zakresie od 1200 nm do 12 µm. Światło to jest wykorzystywane w światłowodowych aplikacjach telekomunikacyjnych i Datacom we wszystkich obszarach zdigitalizowanego świata. Światło jest również wykorzystywane do zastosowań detekcyjnych. Z jednej strony istnieją zastosowania spektroskopowe, gdzie określona długość fali jest potrzebna do interakcji z materią, aby wykryć na przykład silnie rozcieńczone gazy. Optoelektronika terahercowa jest wykorzystywana w ultraczułych analizatorach spektroskopowych, pomiarach grubości polimerów oraz do wykrywania powłok wielowarstwowych w przemyśle motoryzacyjnym. Z drugiej strony ogromną zaletą specyficznych laserów InP jest to, że są one bezpieczne dla oczu. Promieniowanie jest absorbowane w ciele szklistym ludzkiego oka i nie może uszkodzić siatkówki.

Telecom/DatacomEdit

Fosforek indu (InP) jest wykorzystywany do produkcji wydajnych laserów, czułych fotodetektorów i modulatorów w oknie długości fal typowo wykorzystywanym w telekomunikacji, tj. długości fal 1550 nm, ponieważ jest to materiał półprzewodnikowy o bezpośredniej przerwie pasmowej III-V. Długość fali pomiędzy około 1510 nm a 1600 nm ma najniższe tłumienie dostępne na światłowodzie (około 0,26 dB/km). InP jest powszechnie stosowanym materiałem do generowania sygnałów laserowych oraz wykrywania i konwersji tych sygnałów z powrotem do postaci elektronicznej. Średnice wafli wynoszą od 2 do 4 cali.

Zastosowania to:

– Połączenia światłowodowe Long-haul na dużą odległość do 5000 km typowo >10 Tbit/s

– Sieci dostępowe Metro ring

– Sieci firmowe i centrum danych

– Fibre to the home

– Połączenia z bezprzewodowymi stacjami bazowymi 3G, LTE i 5G

– Wolna przestrzeń komunikacji satelitarnej

Optical SensingEdit

Spektroskopowy Sensing mający na celu ochronę środowiska i identyfikację niebezpiecznych substancji

– Rozwijającą się dziedziną jest sensing oparty na reżimie długości fali InP. Jednym z przykładów spektroskopii gazów jest sprzęt do testowania napędów z pomiarem w czasie rzeczywistym (CO, CO2, NOX ).

– Innym przykładem jest spektrometr FT-IR VERTEX z terahercowym źródłem promieniowania. Promieniowanie terahercowe jest generowane z sygnału bicia 2 laserów InP i anteny InP, która przekształca sygnał optyczny na reżim terahercowy.

– Wykrywanie śladów substancji wybuchowych na powierzchniach, np. w aplikacjach bezpieczeństwa na lotniskach lub przy badaniu miejsc zbrodni po próbach zamachów.

– Szybka weryfikacja śladów substancji toksycznych w gazach i cieczach (w tym w wodzie z kranu) lub zanieczyszczeń powierzchni do poziomu ppb.

– Spektroskopia do nieniszczącej kontroli produktów np. żywności (wczesne wykrywanie zepsutych produktów spożywczych)

– Spektroskopia do wielu nowych zastosowań, szczególnie w kontroli zanieczyszczeń powietrza jest obecnie dyskutowana, a wdrożenia są w trakcie realizacji.

Systemy LiDAR dla sektora motoryzacyjnego i przemysłu 4.0Edit

Powszechnie dyskutowana na arenie LiDAR jest długość fali sygnału. Podczas gdy niektórzy gracze wybrali fale o długości od 830 do 940 nm, aby wykorzystać dostępne komponenty optyczne, firmy (w tym Blackmore, Neptec, Aeye i Luminar) coraz częściej zwracają się ku dłuższym falom w dobrze obsługiwanym paśmie 1550 nm, ponieważ te długości fal pozwalają na zastosowanie mocy lasera około 100 razy wyższej bez narażania bezpieczeństwa publicznego. Lasery o długościach fali emisji dłuższych niż ≈ 1,4 μm są często nazywane „bezpiecznymi dla oczu”, ponieważ światło w tym zakresie długości fali jest silnie absorbowane przez rogówkę, soczewkę i ciało szkliste oka, a zatem nie może uszkodzić wrażliwej siatkówki).

– Technologia czujników oparta na LiDAR może zapewnić wysoki poziom identyfikacji i klasyfikacji obiektów za pomocą technik obrazowania trójwymiarowego (3D).

– Przemysł motoryzacyjny przyjmie opartą na chipie, tanią technologię czujników półprzewodnikowych LiDAR zamiast dużych, drogich, mechanicznych systemów LiDAR w przyszłości.

– W najbardziej zaawansowanych systemach LiDAR opartych na chipie, InP będzie odgrywał ważną rolę i umożliwi autonomiczną jazdę. (Raport: Blistering Growth for Automotive Lidar, Stewart Wills). Dłuższa bezpieczna dla oka długość fali jest również bardziej odpowiednia do radzenia sobie z warunkami rzeczywistymi, takimi jak kurz, mgła i deszcz.

Szybka elektronikaEdit

Dzisiejsza technologia półprzewodnikowa pozwala na tworzenie i wykrywanie bardzo wysokich częstotliwości 100 GHz i wyższych. Takie komponenty znajdują zastosowanie w szybkiej bezprzewodowej transmisji danych (radio kierunkowe), radarach (kompaktowe, energooszczędne i o wysokiej rozdzielczości) oraz w pomiarach radiometrycznych np. do obserwacji atmosfery lub pogody.

InP jest również używany do realizacji szybkiej mikroelektroniki i takie urządzenia półprzewodnikowe są najszybszymi dostępnymi obecnie urządzeniami. Zazwyczaj mikroelektronika na InP oparta jest na tranzystorach o wysokiej ruchliwości elektronów (HEMT) lub na tranzystorach bipolarnych o strukturze heterostrukturalnej (HBT). Rozmiary i objętości obu tranzystorów opartych na materiale InP są bardzo małe: 0,1 µm x 10 µm x 1 µm. Typowa grubość podłoża wynosi < 100 µm. Tranzystory te są montowane w układach i modułach do następujących zastosowań:

– Systemy skanowania bezpieczeństwa: Systemy obrazowania do obrazowania bezpieczeństwa na lotniskach i skanery do zastosowań w bezpieczeństwie cywilnym

– Komunikacja bezprzewodowa: Szybka komunikacja bezprzewodowa 5G będzie eksplorować technologię InP ze względu na jej doskonałą wydajność. Takie systemy działają na częstotliwościach przekraczających 100 GHz w celu obsługi dużych szybkości transmisji danych

– Zastosowania biomedyczne: Spektrometry na falach milimetrowych i THz są wykorzystywane do nieinwazyjnej diagnostyki w zastosowaniach medycznych, od identyfikacji tkanki nowotworowej, wykrywania cukrzycy, do diagnostyki medycznej z wykorzystaniem ludzkiego wydychanego powietrza.

– Badania nieniszczące: Zastosowania przemysłowe wykorzystują systemy skanowania do kontroli jakości np. w aplikacjach grubości lakieru samochodowego i defektów w materiałach kompozytowych w przemyśle lotniczym

– Robotyka: Widzenie robotyczne jest zasadniczo oparte na systemach radarowych o wysokiej rozdzielczości obrazowania na falach milimetrowych

– Detekcja radiometryczna: Prawie wszystkie składniki i zanieczyszczenia w atmosferze wykazują charakterystyczne absorpcje/emisje (odciski palców) w zakresie mikrofalowym. InP pozwala na fabrykację małych, lekkich i mobilnych systemów do identyfikacji takich substancji.

Zastosowania fotowoltaiczneEdit

Ogniwa fotowoltaiczne o najwyższej sprawności sięgającej 46% (Informacja prasowa, Fraunhofer ISE, 1. grudnia 2014) implementują podłoża InP w celu osiągnięcia optymalnej kombinacji pasmowej, aby efektywnie przekształcić promieniowanie słoneczne w energię elektryczną. Obecnie tylko podłoża InP osiągają stałą sieciową umożliwiającą wzrost wymaganych materiałów o niskich przerwach pasmowych z wysoką jakością krystaliczną. Ze względu na wysokie koszty tych materiałów, grupy badawcze na całym świecie poszukują ich zamienników. Jednakże, jak dotąd wszystkie inne opcje dają niższą jakość materiału, a tym samym niższą wydajność konwersji. Dalsze badania koncentrują się na ponownym wykorzystaniu podłoża InP jako szablonu do produkcji kolejnych ogniw słonecznych.

Współczesne wysokowydajne ogniwa słoneczne dla fotowoltaiki koncentratorowej (CPV) i zastosowań kosmicznych wykorzystują (Ga)InP i inne związki III-V, aby osiągnąć wymagane kombinacje pasm. Inne technologie, takie jak ogniwa słoneczne Si, dostarczają tylko połowę mocy w porównaniu z ogniwami III-V, a ponadto wykazują znacznie silniejszą degradację w trudnych warunkach środowiska kosmicznego. Wreszcie, ogniwa słoneczne oparte na Si są także znacznie cięższe niż ogniwa III-V i narażone na większą ilość kosmicznych śmieci. Jednym ze sposobów na znaczne zwiększenie wydajności konwersji również w naziemnych systemach fotowoltaicznych jest zastosowanie podobnych ogniw III-V w systemach CPV, gdzie tylko około jedna dziesiąta procenta powierzchni pokryta jest wysokowydajnymi ogniwami III-V.

.