Användningsområdena för InP delas upp i tre huvudområden. Det används som grund
– för optoelektroniska komponenter
– för höghastighetselektronik.
– för solceller
Det finns fortfarande en mycket underutnyttjad, men tekniskt spännande zon i det elektromagnetiska spektrumet mellan mikrovågor och infrarött, som ofta kallas ”Terahertz”. Elektromagnetiska vågor i detta område har hybridegenskaper de visar högfrekvens- och optiska egenskaper samtidigt. InP-baserade komponenter frigör detta spektralområde för viktiga nya tillämpningar.
Optoelektroniska tillämpningarRedigera
InP-baserade lasrar och lysdioder kan sända ut ljus i det mycket breda spektrumet från 1200 nm upp till 12 µm. Detta ljus används för fiberbaserade telekom- och datakommunikationstillämpningar inom alla områden av den digitaliserade världen. Ljuset används också för avläsningstillämpningar. Å ena sidan finns det spektroskopiska tillämpningar, där en viss våglängd behövs för att interagera med materia för att t.ex. upptäcka starkt utspädda gaser. Optoelektronisk terahertz används i ultrakänsliga spektroskopiska analysatorer, för tjockleksmätning av polymerer och för detektering av flerskiktsbeläggningar inom bilindustrin. Å andra sidan finns det en stor fördel med specifika InP-lasrar eftersom de är säkra för ögonen. Strålningen absorberas i det mänskliga ögats glaskropp och kan inte skada näthinnan.
Telecom/DatacomEdit
Indiumfosfid (InP) används för att tillverka effektiva lasrar, känsliga fotodetektorer och modulatorer i det våglängdsfönster som vanligen används för telekommunikationer, dvs. 1550 nm våglängder, eftersom det är ett III-V-halvledarmaterial med direkt bandgap. Våglängden mellan cirka 1510 nm och 1600 nm har den lägsta dämpningen i optiska fibrer (cirka 0,26 dB/km). InP är ett vanligt förekommande material för generering av lasersignaler och för detektering och omvandling av dessa signaler tillbaka till elektronisk form. Waferdiametern varierar från 2-4 tum.
Användningsområden är:
– Långsträckta optiska fiberförbindelser över stora avstånd upp till 5000 km typiskt >10 Tbit/s
– Accessnätverk för tunnelbanerörelser
– Företagsnätverk och datacenter
– Fiber till hemmet
– Anslutningar till trådlös 3G, LTE- och 5G-basstationer
– Satellitkommunikation i det fria rymden
Optisk avkänningEdit
Spektroskopisk avkänning som syftar till miljöskydd och identifiering av farliga ämnen
– Ett växande område är avkänning som bygger på InP:s våglängdsområde. Ett exempel på gasspektroskopi är testutrustning för körning med realtidsmätning av (CO, CO2, NOX ).
– Ett annat exempel är FT-IR-spektrometer VERTEX med en terahertzkälla. Terahertzstrålningen genereras från den svängande signalen från två InP-lasrar och en InP-antenn som omvandlar den optiska signalen till terahertzregimen.
– Stand-Off-detektion av spår av explosiva ämnen på ytor, t.ex. för säkerhetstillämpningar på flygplatser eller brottsplatsundersökningar efter mordförsök.
– Snabb verifiering av spår av giftiga ämnen i gaser och vätskor (inklusive kranvatten) eller ytkontamineringar ned till ppb-nivå.
– Spektroskopi för icke-förstörande produktkontroll av t.ex. livsmedel (tidig upptäckt av förstörda livsmedel)
– Spektroskopi för många nya tillämpningar, särskilt för kontroll av luftföroreningar, diskuteras i dag och genomförandet är på väg.
LiDAR-system för fordonssektorn och industri 4.0Redigera
Vidare diskuterad inom LiDAR-området är signalens våglängd. Medan vissa aktörer har valt våglängder på 830-940 nm för att dra nytta av tillgängliga optiska komponenter, vänder sig företagen (däribland Blackmore, Neptec, Aeye och Luminar) alltmer till längre våglängder i det också välförsedda våglängdsbandet 1550 nm, eftersom dessa våglängder gör det möjligt att använda lasereffekter som är ungefär 100 gånger högre utan att äventyra den allmänna säkerheten. Lasrar med utsläppsvåglängder längre än ≈ 1,4 μm kallas ofta ”ögonsäkra” eftersom ljus i det våglängdsområdet absorberas starkt i ögats hornhinna, lins och glaskropp och därför inte kan skada den känsliga näthinnan).
– LiDAR-baserad sensorteknik kan ge en hög nivå av objektidentifiering och klassificering med tredimensionella (3D) bildtekniker.
– Fordonsindustrin kommer i framtiden att anta chipbaserad, billig LiDAR-sensorteknik i fast form i stället för stora, dyra, mekaniska LiDAR-system.
– För de mest avancerade chipbaserade LiDAR-systemen kommer InP att spela en viktig roll och kommer att möjliggöra autonom körning. (Rapport: Blistering Growth for Automotive Lidar, Stewart Wills). Den längre ögonsäkra våglängden är också mer lämplig för att hantera verkliga förhållanden som damm, dimma och regn.
HöghastighetselektronikRedigera
Dagens halvledarteknik gör det möjligt att skapa och detektera mycket höga frekvenser på 100 GHz och högre. Sådana komponenter finner sina tillämpningar inom trådlös höghastighetsdatakommunikation (riktad radio), radarer (kompakta, energieffektiva och högupplösande) och radiometrisk avkänning t.ex. för väder- eller atmosfärsobservationer.
InP används också för att realisera höghastighetsmikroelektronik och sådana halvledarenheter är de snabbaste enheterna som finns tillgängliga i dag. Mikroelektronik på InP är vanligtvis baserad på HEMT (High Electron Mobility Transistors) eller HBT (Heterostructure Bipolar Transistors). Storleken och volymen på de båda transistorerna baserade på InP-material är mycket liten: 0,1 µm x 10 µm x 1 µm. Typiska substrattjocklekar är < 100 µm. Dessa transistorer monteras i kretsar och moduler för följande tillämpningar:
– System för säkerhetsavläsning: Bildsystem för säkerhetskontroller på flygplatser och skannrar för civila säkerhetstillämpningar
– Trådlös kommunikation: Höghastighets trådlös 5G-kommunikation kommer att utforska InP-tekniken på grund av dess överlägsna prestanda. Sådana system arbetar vid frekvenser över 100 GHz för att stödja höga datahastigheter
– Biomedicinska tillämpningar: Millimetervågs- och THz-spektrometrar används för icke-invasiv diagnostik i medicinska tillämpningar, från identifiering av cancervävnad och upptäckt av diabetes till medicinsk diagnostik med hjälp av mänsklig utandningsluft.
– Icke-förstörande provning: Industriella tillämpningar använder skanningssystem för kvalitetskontroll av t.ex. billackens tjocklek och defekter i kompositmaterial inom flygindustrin
– Robotik: Robotisk vision är i huvudsak baserad på högupplösta avbildande radarsystem på millimetervågor
– Radiometrisk avkänning: Nästan alla komponenter och föroreningar i atmosfären uppvisar karakteristiska absorptioner/emissioner (fingeravtryck) i mikrovågsområdet. InP gör det möjligt att tillverka små, lätta och mobila system för att identifiera sådana ämnen.
Fotovoltaiska tillämpningarRedigera
Fotovoltaiska celler med högsta verkningsgrad på upp till 46 % (pressmeddelande, Fraunhofer ISE, 1 december 2014) använder InP-substrat för att uppnå en optimal bandgapskombination för att effektivt omvandla solstrålning till elektrisk energi. Idag är det endast InP-substrat som uppnår gitterkonstanten för att odla de material med lågt bandgap som krävs med hög kristallin kvalitet. Forskargrupper över hela världen letar efter ersättningsmaterial på grund av de höga kostnaderna för dessa material. Hittills har dock alla andra alternativ gett sämre materialkvaliteter och därmed lägre omvandlingseffektivitet. Ytterligare forskning är inriktad på återanvändning av InP-substratet som mall för tillverkning av ytterligare solceller.
I dagens toppmoderna högeffektiva solceller för koncentratorfotovoltaik (CPV) och för rymdtillämpningar används (Ga)InP och andra III-V-föreningar för att uppnå de nödvändiga bandgapskombinationerna. Andra tekniker, t.ex. kiselsolceller, ger bara hälften så mycket effekt som III-V-celler och uppvisar dessutom en mycket kraftigare försämring i den hårda rymdmiljön. Slutligen är Si-baserade solceller också mycket tyngre än III-V-solceller och ger upphov till en större mängd rymdskrot. Ett sätt att avsevärt öka omvandlingseffektiviteten även i solcellssystem på jorden är att använda liknande III-V-solceller i CPV-system där endast cirka en tiondels procent av ytan täcks av högeffektiva III-V-solceller.