銻化物是指由一種或幾種金屬與銻(Sb)的化合物所組成的一類少見的礦物，金屬的配位都是八面體或四面體。八面體配位的晶體結(jié)構(gòu)與硫化物類礦物中的方鉛礦的結(jié)構(gòu)相同，四面體配位的晶體結(jié)構(gòu)則相當(dāng)于硫化物類中的另一礦物輝銀礦的結(jié)構(gòu)。銻化物半導(dǎo)體材料在紅外制導(dǎo)、海洋監(jiān)測(cè)、深空探索等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。
2019年，中國(guó)科學(xué)家研制出新型銻化物半導(dǎo)體量子阱激光器。
銻化物礦藏
常見的兩種銻化物是銻銀礦(AgSb)和銻鈀礦(PdSb)。銻銀礦顯示出明顯的斜方對(duì)稱性，是一種重要的銀礦，出現(xiàn)在與侵入巖伴生的熱液成因礦床中，在加拿大安大略省的科博爾特(Cobalt)和澳大利亞新南威爾士州的布羅肯希爾(Broken Hill)都有相當(dāng)數(shù)量的發(fā)現(xiàn)。銻鈀礦也表現(xiàn)出斜方對(duì)稱性，是一種主要的鈀礦物，出現(xiàn)在鐵礦床里，與自然鉑、磁黃鐵礦和黃銅礦共生，已在南非的布什維爾德雜巖(Bushveld Complex)、哥倫比亞的喬科(Choco)和俄羅斯諾里爾斯克(Norilsk)發(fā)現(xiàn)。其他銻化物有方銻金礦(AuSb2)、紅銻鎳礦(NiSb)。所有銻化物都具有金屬光澤，不透明，比重大，硬度中到低。
基本性質(zhì)
銻化物材料主要是指以Ga、Al等III族元素與Sb、As等V族元素化合組成含銻的二元、三元、四元系材料，如 GaSb、InSb、AlGaSb、InAsSb、AlGaAsSb、InGaAsSb等，它們的晶格常數(shù)一般都在0.61nm左右。在與GaSb等常用襯底材料的晶格幾乎匹配的條件下，其禁帶寬度可在較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，能夠較好的實(shí)現(xiàn)晶格或應(yīng)變匹配，非常有利于生長(zhǎng)高質(zhì)量材料，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)可覆蓋0.78μm（近紅外）到12μm（遠(yuǎn)紅外）的光譜區(qū)域，其中，2-5μm中紅外波段是空氣中重要的大氣窗口，2-5μm中紅外波段激光在空氣中散射相對(duì)較低，包含許多重要分子特征譜線。其光電器件可廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、化學(xué)物品探測(cè)、生物醫(yī)學(xué)、衛(wèi)星遙感、激光雷達(dá)、目標(biāo)指示等領(lǐng)域中。
銻化物材料能帶結(jié)構(gòu)具有一定的特殊性。在制備激光器和探測(cè)器時(shí)，可選擇的材料體系將會(huì)更多，而且通過改變材料組分可以達(dá)到改善激光器性能的目的。因此，銻化物成為制備2-5μm中紅外波段半導(dǎo)體激光器的首選材料。
銻化物的應(yīng)用
光電探測(cè)器
銻化物如LiSb，NaSb，KSb，RbSb等可應(yīng)用于光電探測(cè)領(lǐng)域，其中以CsSb陰極的靈敏度最高，是最有實(shí)用價(jià)值的光電轉(zhuǎn)換材料，廣泛應(yīng)用于紫外和可見光區(qū)的光電探測(cè)器中。CsSb陰極的熱電子發(fā)射和疲勞特性都優(yōu)于銀氧陰極。而且制造工藝簡(jiǎn)單。
熱光伏電池
熱光伏電池(TPV)與太陽(yáng)電池類似是直接將熱輻射(紅外電磁波)轉(zhuǎn)變成電能的裝置。當(dāng)前TPV的發(fā)展趨勢(shì)是開發(fā)適用于1500℃下中低溫輻射源的高效率、低成本、0.6eV以下窄禁帶寬度的熱光伏材料和組件。銻化物材料是舉世公認(rèn)的TPV首選材料，研究報(bào)道最多的是用LPE、MOCVD、MBE等各種方法在GaSb襯底上制備的InGaAsSb pn結(jié)電池。在InAs襯底上外延生長(zhǎng)InAsSbP制備的TPV電池，其光譜響應(yīng)的截止波長(zhǎng)可達(dá)2.5～3.4μm，是很有發(fā)展?jié)摿Φ难芯糠较颉?/p>
激光器
19世紀(jì)70年代以來，科學(xué)家們就意識(shí)到銻化物半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用前景及重要性。1978年，L. M. Dolginov等人制備了InGaAsSb/GaSb異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器，發(fā)光波長(zhǎng)為1.9μm左右。1985年，Bochkarev成功制備了世界上第一臺(tái)Ga Sb基半導(dǎo)體激光器。同年，Caneau等人研制了InGaAsSb/AlGaAsSb雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器，激射波長(zhǎng)在 2.2μm左右。1990年，S. J. Eglash等人利用MBE制作了2.29μm GaSb 基無(wú)應(yīng)變半導(dǎo)體激光器，發(fā)現(xiàn)銻化物材料生長(zhǎng)和器件制作難度很大。直到1992年，Choi等人提出Ga Sb基應(yīng)變量子阱激光器結(jié)構(gòu)，銻化物的禁帶寬度比砷化鎵的小，與化鎵相比，它在中紅外應(yīng)用方面有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。并且銻化物和砷化物組成的微結(jié)構(gòu)材料能帶排列包含了跨立式的Ⅰ型、錯(cuò)開式的Ⅱ型和反轉(zhuǎn)型的Ⅱ型，這些導(dǎo)致的能帶排列為凝聚態(tài)低維量子物理基礎(chǔ)研究、創(chuàng)造新材料、新器件、新概念提供了廣闊的天地，并研制出輸出功率高達(dá)190mW的2μm InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱半導(dǎo)體激光器，實(shí)現(xiàn)了器件大功率輸出。1998年，Newell等人經(jīng)過不斷的探索，采用寬波導(dǎo)股份結(jié)構(gòu)有效降低了 2μm GaSb基半導(dǎo)體激光器的內(nèi)部損耗，提高了量子效率。1999年，D.Z.Garbuzov等人制備了GaSb基 InGaAsSb/AlGaAsSb多量子阱半導(dǎo)體激光器，實(shí)現(xiàn)了室溫連續(xù)激射，激射波長(zhǎng)在2.3-2.7μm之間。2002年，C. Mermeistei等人制備了寬接觸激光器，發(fā)光波長(zhǎng)在2μm左右，室溫下最大輸出功率可達(dá)1.7W。
工作于2～5μm中紅外波段的銻化物激光器在特征分子光譜儀、毒品檢測(cè)、環(huán)保、紅外遙感、遙測(cè)、激光醫(yī)學(xué)及光電子對(duì)抗中有重要的應(yīng)用。
銻化物毒作用
銻化物對(duì)人體的毒作用主要再現(xiàn)為銻性皮炎、銻塵肺、肝臟及心肌損害，主要可分為急性中毒和慢性中毒兩類.
1、急性中毒：主要由于吸入銻及其化合物的蒸氣和粉塵而引起。接觸者出現(xiàn)眼結(jié)膜和呼吸道刺激癥狀，發(fā)生支氣管炎，較重者出現(xiàn)胸痛、呼吸困難。吸入三氯化銻遇水分解的氣體，可引起肺水腫，主要由于產(chǎn)生的氯化氫所致，而同時(shí)吸收的銻離子，可致全身毒作用。熔煉銻時(shí)，吸入銻蒸氣氧化成的氧化銻可引起鑄造熱。急性銻化氫中毒和胂化氫中毒相似，可發(fā)生溶血性貧血及體溫降低，吸入高濃度可迅速致死。三氯化銻可引起皮膚灼傷，曾有經(jīng)灼傷面吸收而引起中毒性肝炎。口服中毒有胃腸道癥狀，肝臟、腎臟和心臟都可受損。出現(xiàn)流涎、口內(nèi)金屬味、食欲減退、惡心、嘔吐、腹痛、便血，肝臟可腫大、壓痛。嚴(yán)重者有癃閉、血尿和心律紊亂等。
2、慢性中毒：影響長(zhǎng)期接觸銻化合物粉塵或煙塵的工人可出現(xiàn)頭痛、興奮、失眠、暈眩、肢體酸痛、貧血、消瘦等全身癥狀。由于長(zhǎng)期慢性刺激發(fā)生鼻炎、鼻粘膜潰瘍甚至穿孔，氣管炎或肺炎，口腔炎癥，消化功能障礙，偶見血便。長(zhǎng)期吸入銻塵可致銻塵肺，但對(duì)勞動(dòng)能力無(wú)嚴(yán)重影響；即使同時(shí)出現(xiàn)銻中毒癥狀，調(diào)離后，亦易緩解。長(zhǎng)期接觸高濃度Sb2S3，可出現(xiàn)心血管損害。治療：銻及其化合物所致?lián)p害的預(yù)防原則與其他金屬同。一般職業(yè)性銻中毒不嚴(yán)重，脫離接觸并進(jìn)行對(duì)癥處理即可痊愈。由于注射而引起的銻中毒，用二巰基丁二酸鈉排銻有效。
參考資料 >
中華人民共和國(guó)科學(xué)技術(shù)部.科技部.2021-09-05