Antimoniure d'indium

L'antimoniure d'indium (InSb) est un composé semi-conducteur III-V constitué d'antimoine et d'indium. C'est un composé à gap étroit utilisé comme détecteur infrarouge, notamment en imagerie thermique, systèmes FLIR, dans les systèmes de guidage autodirecteur infrarouge et en astronomie infrarouge. Les détecteurs à base d'antimoniure d'indium sont sensibles aux longueurs d'onde comprises entre 1 et 5 μm.

Antimoniure d'indium
__ In3+     __ Sb3−
Identification
Nom UICPA antimoniure d'indium
No CAS 1312-41-0
No ECHA 100.013.812
No CE 215-192-3
No RTECS NL1105000
PubChem 3468413
SMILES
Apparence granulés gris argent inodores[1]
Propriétés chimiques
Formule InSb  [Isomères]
Masse molaire[2] 236,578 ± 0,004 g/mol
In 48,53 %, Sb 51,47 %,
Propriétés physiques
T° fusion 500 °C[1]
Solubilité insoluble dans l'eau[1]
Masse volumique 5,75 g·cm-3[1]
Propriétés électroniques
Bande interdite 0,17 eV[3]
Mobilité électronique ≤ 7,7·104 cm2·V-1·s-1[3]
Mobilité des trous 850 cm2·V-1·s-1[3]
Cristallographie
Système cristallin blende
Paramètres de maille 0,648 nm[3]
Précautions
SGH[1]
H302, H332, H411, P261, P273, P312, P301+P312 et P304+P340
Transport[1]
60
   1549   
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Structure

L'antimoniure d'indium possède comme la plupart des semi-conducteurs III-V (GaAs, InAs, etc.) une structure de type « blende », c'est-à-dire deux mailles cubiques faces centrées (cfc) de chacun des deux composants, imbriquées et décalées d'un vecteur (1/4;1/4;1/4), ou d'un autre point de vue, une maille cfc de l'un des constituants dont quatre des huit sites tétraédriques sont occupés par l'autre constituant. Il possède donc une géométrie tétragonale où chaque ion indium est lié à quatre ions antimoniure, et vice-versa.

Son paramètre de maille est de 0,648 nm[3].

Propriétés

L'antimoniure d'indium a une apparence métallique gris foncé, ou de poudre avec un éclat vitreux. Au-dessus de 500 °C, il fond et se décompose, libérant des vapeurs d'oxyde d'antimoine.

C'est un semi-conducteur à gap étroit, 0,17 eV à 300 K et 0,23 eV à 80 K.

Non-dopé, InSb possède la plus grande mobilité électronique à température ambiante (78 000 cm2·V-1·s-1)[4], la plus grande vitesse de dérive d'électron, et la plus grande longueur balistique (jusqu'à 0,7 μm à 300 K)[3] de tous les semi-conducteurs connus, à l'exception possible des nanotubes de carbone.

Production

L'InSb monocristallin peut être produit par solidification à partir de l'état liquide (procédé de Czochralski), ou par épitaxie, notamment par épitaxie en phase liquide (LPE), hot wall epitaxy ou épitaxie par jet moléculaire (MBE). Il peut également être obtenu à partir de composés organométalliques par MOVPE.

Utilisation

L'antimoniure d'indium de par son gap étroit a des utilisations similaires à celles du HgCdTe et du PtSi.

Les détecteurs de type photodiode à base d'antimoniure d'indium sont photovoltaïques, générant du courant lorsqu'exposés à un rayonnement infrarouge. L'efficacité quantique de InSb est de 100 % mais dépend de son épaisseur pour les photons à énergie proche du gap[5].

Comme tous les matériaux à gap étroit, les détecteurs à InSb requièrent des recalibrations périodiques, augmentant la complexité des systèmes d'imagerie les utilisant. Ces recalibrations sont d'autant plus nécessaires dans les cas où une sensibilité extrême est requise, comme dans les systèmes d'imagerie thermiques militaires à longue portée. Comme tous les dispositifs détecteurs d'infrarouge à photodiode, les détecteurs à InSb requièrent un système de refroidissement, car ils opèrent à température cryogénique (typiquement à 80 K en utilisant de l'azote liquide). De grande matrices (jusqu'à 2048x2048 pixels) sont disponibles[6].

Il est possible de créer des puits quantiques (QW) en insérant une couche d'antimoniure d'indium entre deux couches d'antimoniure d'aluminium-indium (AlInSb). Cette approche est étudiée dans la fabrication de transistors ultra-rapides[7]. Des transistors bipolaires à base d'antimoniure d'indium opérant à des fréquences jusqu'à 85 GHz ont été produits à la fin des années 1990 ; plus récemment, Intel et QinetiQ ont annoncé avoir produit des transistors à effet de champ (FET) à base d'antimoniure d'indium opérant au-dessus de 200 GHz. Certains modèles prévoient qu'il est possible d'obtenir des fréquences térahertz avec ce matériau. Un autre aspect intéressant est que les dispositifs à base d'antimoniure d'indium sont capables de fonctionner à des tensions inférieures à 0,5 V.

Notes et références
  1. Fiche Alfa Aesar, consultée le 18 juillet 2012
  2. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. Propriétés de l'antimoniure d'indiume (InSb)
  4. (en) Rode, D. L., « Electron Transport in InSb, InAs, and InP », Physical Review B, vol. 3, no 10,‎ , p. 3287 (DOI 10.1103/PhysRevB.3.3287)
  5. (en) Avery, D G, D W Goodwin et Miss A E Rennie, « New infra-red detectors using indium antimonide », Journal of Scientific Instruments, vol. 34, no 10,‎ , p. 394 (DOI 10.1088/0950-7671/34/10/305)
  6. M. G. Beckett "High Resolution Infrared Imaging", PhD thesis, Cambridge University (1995) Chapter 3: Camera
  7. 'Quantum well' transistor promises lean computing
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