Os campos de aplicação do InP dividem-se em três áreas principais. É usado como base

– para componentes optoeletrônicos

– para componentes eletrônicos de alta velocidade.

– para fotovoltaicos

– ainda existe uma zona muito subutilizada, mas tecnicamente excitante no espectro electromagnético entre microondas e infravermelhos, muitas vezes referida como “Terahertz”. As ondas eletromagnéticas nesta faixa possuem propriedades híbridas, apresentando simultaneamente características ópticas e de alta freqüência. Componentes baseados em InP desbloqueiam esta faixa espectral para novas aplicações importantes.

Optoelectronic ApplicationsEdit

Lasers e LEDs baseados em InP podem emitir luz na faixa muito ampla de 1200 nm até 12 µm. Esta luz é utilizada para aplicações de Telecom e Datacom baseadas em fibra em todas as áreas do mundo digitalizado. A luz também é utilizada para aplicações de sensoriamento. Por um lado, existem aplicações espectroscópicas, onde um determinado comprimento de onda é necessário para interagir com a matéria para detectar gases altamente diluídos, por exemplo. O terahertz optoelectrónico é utilizado em analisadores espectroscópicos ultra-sensíveis, medições de espessura de polímeros e para a detecção de revestimentos multicamadas na indústria automóvel. Por outro lado, há um enorme benefício dos lasers InP específicos, pois eles são seguros para os olhos. A radiação é absorvida no corpo vítreo do olho humano e não pode danificar a retina.

Telecom/DatacomEdit

Fosforeto de Índio (InP) é usado para produzir lasers eficientes, fotodetectores sensíveis e moduladores na janela de comprimento de onda tipicamente usada para telecomunicações, ou seja, comprimentos de onda de 1550 nm, já que é um material semicondutor composto de bandgap III-V direto. O comprimento de onda entre cerca de 1510 nm e 1600 nm tem a menor atenuação disponível em fibra óptica (cerca de 0,26 dB/km). O InP é um material comumente usado para a geração de sinais laser e a detecção e conversão desses sinais de volta à forma eletrônica. Os diâmetros dos wafers variam de 2-4 polegadas.

Aplicações são:

– Conexões de fibra óptica de longo curso em grandes distâncias até 5000 km tipicamente >10 Tbit/s

– Redes de acesso ao anel do metrô

– Redes da empresa e centro de dados

– Fibra para a casa

– Conexões ao 3G sem fio, Estações base LTE e 5G

– Comunicação por satélite espacial livre

Sensoriamento ópticoEditar

Sensoriamento espectroscópico visando a proteção ambiental e identificação de substâncias perigosas

– Um campo em crescimento é o sensoriamento baseado no regime de comprimento de onda do InP. Um exemplo para Espectroscopia de Gás é o equipamento de teste de acionamento com medição em tempo real de (CO, CO2, NOX ).

– Outro exemplo é o espectrómetro FT-IR VERTEX com uma fonte terahertz. A radiação terahertz é gerada a partir do sinal de batimento de 2 lasers InP e uma antena InP que transforma o sinal óptico para o regime terahertz.

– Detecção de vestígios de substâncias explosivas em superfícies, por exemplo, para aplicações de segurança em aeroportos ou investigação de locais de crime após tentativas de assassinato.

– Verificação rápida de vestígios de substâncias tóxicas em gases e líquidos (incluindo água da torneira) ou contaminações superficiais até ao nível ppb.

– Espectroscopia para controle não destrutivo de produtos, por exemplo, alimentos (detecção precoce de alimentos estragados)

– Espectroscopia para muitas aplicações novas, especialmente no controle da poluição do ar estão sendo discutidas hoje e implementações estão a caminho.

Sistemas LiDAR para o sector automóvel e indústria 4.0Editar

Amplamente discutido na arena LiDAR é o comprimento de onda do sinal. Enquanto alguns jogadores optaram por comprimentos de onda de 830 a 940 nm para aproveitar os componentes ópticos disponíveis, as empresas (incluindo Blackmore, Neptec, Aeye e Luminar) estão se voltando cada vez mais para comprimentos de onda mais longos na banda de comprimento de onda também bem servida de 1550 nm, uma vez que esses comprimentos de onda permitem que as potências do laser sejam empregadas cerca de 100 vezes mais altas sem comprometer a segurança pública. Lasers com comprimentos de onda de emissão maiores que ≈ 1.4 μm são frequentemente chamados “seguros para os olhos” porque a luz nessa faixa de comprimentos de onda é fortemente absorvida na córnea do olho, nas lentes e no corpo vítreo e, portanto, não pode danificar a retina sensível).

– A tecnologia de sensores baseada em LiDAR pode fornecer um alto nível de identificação e classificação de objetos com técnicas de imagem tridimensional (3D).

– A indústria automóvel adoptará no futuro uma tecnologia de sensores LiDAR de estado sólido baseada em chips em vez de sistemas LiDAR mecânicos grandes e dispendiosos.

– Para os sistemas LiDAR mais avançados baseados em chips, o InP desempenhará um papel importante e permitirá uma condução autónoma. (Relatório: Blistering Growth for Automotive Lidar, Stewart Wills). O maior comprimento de onda seguro para os olhos também é mais apropriado para lidar com condições do mundo real como poeira, neblina e chuva.

Eletrônica de alta velocidadeEdit

A tecnologia de semicondutores de hoje permite a criação e detecção de freqüências muito altas de 100 GHz e superiores. Tais componentes encontram suas aplicações na comunicação de dados sem fio de alta velocidade (rádio direcional), radares (compactos, eficientes em energia e altamente resolutivos) e sensoriamento radiométrico, por exemplo, para observações meteorológicas ou atmosféricas.

InP também é usado para realizar microeletrônica de alta velocidade e tais dispositivos semicondutores são os dispositivos mais rápidos disponíveis atualmente. Normalmente, a microeletrônica no InP é baseada em Transistores de Alta Mobilidade Eletrônica (HEMT) ou em Transistores Bipolares Hetero-estruturados (HBT). Os tamanhos e volumes de ambos os transistores baseados em material InP são muito pequenos: 0,1 µm x 10 µm x 1µm. As espessuras típicas do substrato são < 100 µm. Estes transístores são montados em circuitos e módulos para as seguintes aplicações:

– Sistemas de varrimento de segurança: Sistemas de imagem para imagens de segurança de aeroportos e scanners para aplicações de segurança civil

– Comunicações sem fios: Comunicações sem fio de alta velocidade 5G explorarão a tecnologia InP devido ao seu desempenho superior. Tais sistemas operam em frequências acima de 100 GHz para suportar altas taxas de dados

– Aplicações biomédicas: Os espectrômetros de onda milimétrica e THz são empregados para diagnósticos não invasivos em aplicações médicas, desde a identificação de tecidos cancerígenos, detecção de diabetes, até diagnósticos médicos usando ar exalado humano.

– Ensaios não destrutivos: Aplicações industriais empregam sistemas de varredura para controle de qualidade em, por exemplo, aplicações de espessura de tinta automotiva e defeitos em materiais compostos na indústria aeroespacial

– Robótica: A visão robótica é essencialmente baseada em sistemas de radar de imagem de alta resolução em ondas milimétricas

– Sensoriamento radiométrico: Quase todos os componentes e poluições na atmosfera mostram absorções/emissões características (impressões digitais) na faixa de microondas. O InP permite fabricar sistemas pequenos, leves e móveis para identificar tais substâncias.

Aplicações fotovoltaicasEditar

Células fotovoltaicas com maior eficiência de até 46% (Comunicado de Imprensa, Fraunhofer ISE, 1. Dezembro 2014) implementar substratos InP para alcançar uma combinação de bandgap ideal para converter eficientemente a radiação solar em energia eléctrica. Hoje, apenas os substratos InP atingem a constante da malha para crescer os materiais bandgap necessários de baixa qualidade com alta qualidade cristalina. Grupos de pesquisa em todo o mundo estão procurando substituições devido aos altos custos destes materiais. No entanto, até agora todas as outras opções produzem qualidades de material inferiores e, portanto, menores eficiências de conversão. Outras pesquisas se concentram na reutilização do substrato InP como modelo para a produção de mais células solares.

As actuais células solares de alta eficiência para concentradores fotovoltaicos (CPV) e para aplicações espaciais utilizam (Ga)InP e outros compostos III-V para obter as combinações de bandgap necessárias. Outras tecnologias, como as células solares Si, fornecem apenas metade da energia do que as células III-V e, além disso, mostram uma degradação muito mais forte no ambiente espacial agressivo. Finalmente, as células solares Si são também muito mais pesadas do que as células solares III-V e cedem a uma maior quantidade de resíduos espaciais. Uma maneira de aumentar significativamente a eficiência de conversão também em sistemas fotovoltaicos terrestres é o uso de células solares III-V similares em sistemas CPV, onde apenas cerca de um décimo de um por cento da área é coberta por células solares III-V de alta eficiência.