砷化铟的应用

背景及概述^[1]

砷化铟是由铟和砷构成的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料。常温呈银灰色固体，具有闪锌矿型的晶体结构，晶格常数为0.6058nm，密度为5.66g/cm3(固态)、5.90g/cm3(熔点时液态)。能带结构为直接跃迁，禁带宽度(300K)0.45eV。InAs在熔点(942℃)时砷的离解压只有0.033MPa，可在常压下由熔体生长单晶。常用的有HB和LEC方法，单晶直径达φ50mm。

应用^[2-5]

砷化铟是一种难于纯化的半导体材料。非掺InAs单晶的剩余载流子浓度高于1×1016/cm3，室温电子迁移率3.3×104cm2/(V·s)，空穴迁移率460cm2/(V·s)。硫在InAs中的有效分凝系数接近1，故用作n型掺杂剂，以提高纵向载流子浓度分布的均匀性。工业用的InAs(S)单晶，n≥1×1017/cm3，μ≤2.0×104cm2/(V·s)，EPD≤5×104/cm2。InAs晶体具有较高的电子迁移率和迁移率比值(μe/μh=70)，低的磁阻效应和小的电阻温度系数，是制造霍耳器件和磁阻器件的理想材料。InAs的发射波长3.34μm，在InAs衬底上能生长晶格匹配的In-GaAsSb、InAsPSb和InAsSb多元外延材料，可制造2～4μm波段的光纤通信用的激光器和探测器。

1)利用砷化铟-铟铝砷叠层点制备砷化铟纳米环的生长方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：以半绝缘砷化镓单晶片为衬底；步骤2：在该衬底上异质外延生长铟铝砷层；步骤3：在该铟铝砷上外延生长砷化铟叠层；步骤4：在该砷化铟叠层上外延生长砷化镓薄盖层；步骤5：退火，砷化铟叠层脱缚，完成砷化铟纳米环的生长。

2）制备一种带势垒层结构的砷化铟热光伏电池，电池的结构为：在P型砷化铟或N型砷化铟衬底上，依次为宽禁带阻挡层、砷化铟吸收层、N型砷化铟表面层或P型砷化铟表面层。电极分别做在腐蚀后台面的砷化铟衬底上以及N型(P型)砷化铟表面层上。本发明的优点在于：利用宽禁带势垒层阻挡PN结两侧产生的扩散暗电流，从而最终提高热光伏电池的量子效率。

3）制备一种砷化铟薄膜材料，属于半导体制造技术领域。本发明所述方法为：超声清洗单面抛光的单晶Si衬底并吹干，然后将吹干后的单晶Si衬底送入真空腔中加热去氢；加热砷单质使其挥发，让As气流经过单晶Si衬底表面，形成SiAs键，活化单晶Si衬底表面，然后低温生长一层缓冲层；然后在单晶Si衬底衬底表面生长砷化铟薄膜；随炉冷却至室温后得到砷化铟薄膜材料。本发明所述方法对仪器设备要求低、成本低、易于操作且重复性较好；所得到的砷化铟薄膜的形貌、表面均匀平整，沿(111)取向择优生长，厚度为4.83μm，结晶质量好。

4）制备一种高晶体质量超细砷化铟纳米线其包括以下步骤：步骤1：将去除表面氧化层的衬底放在分子束外延设备样品架上，所述分子束外延设备装有铟、砷和银源；步骤2：设定衬底温度为设定温度，待温度稳定后，打开银源挡板，以使得在衬底上沉积一定厚度的银薄膜；步骤3：关闭银源挡板，将衬底升温至第二设定温度，待温度稳定后保持预定时间，以提高银薄膜的晶体质量；步骤4：然后再将衬底升温至第三设定温度，待温度稳定后保持第二预定时间，使得所述银薄膜分散成银纳米颗粒；步骤5：将铟源及砷源升至一定温度，以通过砷源和铟源的所述温度调节二者的束流比在预定范围内；步骤6：将衬底温度降至砷化铟纳米线的生长温度；步骤7：待温度稳定后，同时打开铟源和砷源挡板，在沉积的银纳米颗粒上生长超细砷化铟纳米线。本发明采用银做催化剂可以降低砷化铟纳米线的生长成本。

制备^[6]

一种高效制备高纯砷化铟的方法，该方法是采用气相沉积法，在氩气保护下分别将三氯化铟和三氯化砷在挥发室中加热挥发成蒸汽，通过喷嘴喷入反应室反应，气相沉积生成砷化铟晶体；具体步骤如下：

(1)以氩气为保护气体，将三氯化铟和三氯化砷按摩尔质量比为1：1～1.5：1取料，分别置于挥发室1和第二挥发室2中，300～900℃条件下挥发0.5h～12h，使两种物料都处于蒸汽状态；

(2)通过喷嘴将两个挥发室中的三氯化铟和三氯化砷蒸汽分别通过喷嘴4和第二喷嘴5同时喷入一个钛材制做的反应室3内，在300～900℃条件下反应2h～5h，气相沉积得到沉积物；剩余挥发气体在常温下加压至600～700kPa或在常压下冷却到-34℃得到液氯；

(3)将所得沉积物加热挥发2h～12h，加热温度为300～900℃、压强为0.5～100KPa，除去残余的氯，冷却，得到纯度大于99.9％的橘黄色的晶体砷化铟。

所述挥发室1和第二挥发室2可采用现有技术的金属加热挥发设备，如侧吹式电炉，在电炉的风眼连接对向反应室的喷嘴。反应室也可以采用电加热炉，气相沉积得到沉积物；剩余挥发气体引出反应室，在常温下加压至600～700kPa或在常压下冷却到-34℃得到液氯。

主要参考资料

[1] 中国冶金百科全书·金属材料

[2] CN200510054469.4利用砷化铟-铟铝砷叠层点制备砷化铟纳米环的生长方法

[3] CN201510295810.9一种带势垒层结构的砷化铟热光伏电池

[4] CN201710001932.1一种砷化铟薄膜材料的制备方法及装置

[5] CN201310024040.5一种高晶体质量超细砷化铟纳米线生长方法

[6] CN201711165649.9一种高效制备高纯砷化铟的方法