Capitolo 1

Il fosfuro d’indio: proprietà fisiche ed elettriche

 Lo sviluppo relativamente recente di tecniche avanzate per la crescita di monocristalli di fosfuro d’indio ha mostrato negli ultimi anni che questo materiale è assai interessante per la realizzazione di un’amplissima gamma di dispositivi elettronici ad alte prestazioni Confrontando le caratteristiche elettriche del fosfuro d’indio con quelle del semiconduttore composto III-V che finora ha ricevuto più attenzioni, l’arseniuro di gallio, si vede che per il primo sussistono differenti vantaggi una maggiore velocità di saturazione degli elettroni, una conduttività termica più elevata, una resistenza più elevata al breakdown a valanga (cioè una tensione di soglia più alta), coefficienti di ionizzazione più bassi e, soprattutto, una resistenza più elevata alle radiazioni, e noto, infatti, che l’esposizione prolungata di materiale semiconduttore a radiazioni comunemente presenti nello spazio cosmico, specialmente alla frequenza delle microonde, ne può alterare sensibilmente le caratteristiche e quindi le funzionalità.

La possibilità di controllare finemente i profili di drogaggio nel fosfuro d’indio tramite, ad esempio, l’impiantazione ionica, ha permesso la realizzazione di un gran numero di dispositivi. Il piccolo valore dell’altezza della barriera Schottky tra l’InP drogato n e la maggi6r parte dei metalli (<0,5eV) rende pressoché impossibile la realizzazione di circuiti MESFET (Metal-Semiconductor Field-Effect Transistor), mentre vengono prodotti circuiti di tipo JFET (Junction FET) e MISFET (MetalInsulatorSemiconductor FET). L’InP risulta oltretutto molto utile nella costruzione di dispositivi attivi di ultima generazione, quali i FET ad eterogiunzione, a modulazione di drogaggio, i FET a effetto tunnel risonante e i dispositivi a super-reticolo. A questi vanno aggiunti i dispositivi ottici: rivelatori (diodi PTN e APD) e sorgenti (LED, laser a eterogiunzione e a pozzi quantici); il vantaggio è che si possono integrare i dispositivi ottici con quelli di trattamento del segnale sullo stesso substrato.
Infine esiste l’interessante applicazione delle celle solari, in particolare per applicazioni spaziali: il fosfuro d’indio risulta, infatti, adatto a questo scopo, anche a causa delle sue già

Citate caratteristiche di resistenza alle radiazioni cosmiche.

In molti dei citati dispositivi vengono generalmente usati composti ternari quali A1 As, Ga In, As e Ga In, P, riservando alI’InP il ruolo di substrato semi-isolante.

Figura 1.1 Gap energetico e costante reticolare per diversi semiconduttori composti 

Come si può vedere in figura 1.1, variando gradualmente la percentuale x nei composti ternari si può ottenere tutta una serie di semiconduttori con caratteristiche cristallografiche e struttura a bande energetiche desiderate (band-gap engineering), rendendo possibile anche la realizzazione di eterogiunzioni tra materiali con passo reticolare simile (evitando così la creazione di sforzi Meccanici alla superficie di separazione)

Una tanto grande varietà di impieghi giustifica gli sforzi compiuti al fme di migliorare la qualità del fosfuro d’indio cristallino, raffinando sia le tecniche di crescita che quelle di drogaggio.

Alle caratteristiche chimico-fisiche ed elettriche dei monocristalli di fosfuro d’indio e alle tecniche di crescita dei medesimi è dedicato questo capitolo.