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銻化物 我有新說法
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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構與硫化物類礦物中的方鉛礦的結構相同,四面體配位的晶體結構則相當于硫化物類中的另一礦物輝銀礦的結構。銻化物半導體材料在紅外制導、海洋監測、深空探索等領域具有重要應用前景。2019年,中國科學家研制出新型銻化物半導體量子阱激光器。[1]

目錄

銻化物銻化物礦藏

銻化物(9張)
常見的兩種銻化物是銻銀礦(Ag3Sb)和銻鈀礦(Pd5Sb2)。銻銀礦顯示出明顯的斜方對稱性,是一種重要的銀礦,出現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)都有相當數量的發現。銻鈀礦也表現出斜方對稱性,是一種主要的鈀礦物,出現在鎳鐵礦床里,與自然鉑、磁黃鐵礦和黃銅礦共生,已在南非的維爾德雜巖(Bushveld Complex)、哥倫比亞的喬科(Choco)和俄羅斯諾里爾斯克(Norilsk)發現。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。[2]

銻化物基本性質

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調節,能夠較好的實現晶格或應變匹配,非常有利于生長高質量材料,對應的波長可覆蓋 0.78μm(近紅外)到 12μm(遠紅外)的光譜區域,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較低,包含許多重要分子特征譜線。其光電器件可廣泛應用于環境監測、化學物品探測、生物醫學、衛星遙感、激光雷達、目標指示等領域中。
銻化物材料能帶結構具有一定的特殊性。在制備激光器和探測器時,可選擇的材料體系將會更多,而且通過改變材料組分可以達到改善激光器性能的目的。因此,銻化物成為制備 2-5μm 中紅外波段半導體激光器的材料。[2]

銻化物銻化物的應用

銻化物光電探測器

銻化物如LiSb,NaSb,KSb,RbSb等可應用于光電探測領域,其中以CsSb陰極的靈敏度,是實用價值的光電轉換材料,廣泛應用于紫外和可見光區的光電探測器中。CsSb陰極的熱電子發射和疲勞特性都優于銀氧銫陰極。而且制造工藝簡單。[3]

銻化物熱光伏電池

熱光伏電池(TPV)與太陽電池類似是直接將熱輻射(紅外電磁波)轉變成電能的裝置。當前TPV的發展趨勢是開發適用于1 500℃下中低溫輻射源的高效率、低成本、0.6 eV以下窄禁帶寬度的熱光伏材料和組件。銻化物材料是舉世的TPV材料,研究報道最多的是用LPE、MOCVD、MBE等各種方法在GaSb襯底上制備的InGaAsSb pn結電池。在InAs襯底上外延生長InAsSbP制備的TPV電池,其光譜響應的截止波長可達2.5~3.4μm,是很有發展潛力的研究方向。[3]

銻化物激光器

19 世紀 70 年代以來,科學家們就意識到銻化物半導體激光器的應用前景及重要性。1978 年,L. M. Dolginov 等人制備了 InGaAsSb/GaSb 異質結半導體激光器,發光波長為 1.9μm 左右。1985 年,Bochkarev 成功制備了一臺Ga Sb 基半導體激光器。同年,Caneau 等人研制了 InGaAsSb/AlGaAsSb 雙異質結半導體激光器,激射波長在 2.2μm 左右。1990 年,S. J. Eglash 等人利用MBE 制作了 2.29μm GaSb 基無應變半導體激光器,發現銻化物材料生長和器件制作難度很大。直到 1992 年,Choi 等人提出 Ga Sb 基應變量子阱激光器結構,銻化物的禁帶寬度比砷化鎵的小,與砷化鎵相比,它在中紅外應用方面有其的優勢。并且銻化物和砷化物組成的微結構材料能帶排列包含了跨立式的Ⅰ型、錯開式的Ⅱ型和反轉型的Ⅱ型,這些導致的能帶排列為凝聚態低維量子物理基礎研究、創造新材料、新器件、新概念提供了廣闊的天地,并研制出輸出功率高達190mW 的 2μm InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱半導體激光器,實現了器件大功率輸出。1998 年,Newell 等人經過不斷的探索,采用寬波導結構有效降低了 2μm GaSb 基半導體激光器的內部損耗,提高了量子效率。1999 年,D. Z. Garbuzov 等人制備了 GaSb 基 InGaAsSb/AlGaAsSb 多量子阱半導體激光器,實現了室溫連續激射,激射波長在 2.3-2.7μm 之間。2002 年,C. Mermeistein 等人制備了寬接觸激光器,發光波長在 2μm 左右,室溫下輸出功率可達 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、檢測、環保、紅外遙感、遙測、激光醫學及光電子對抗中有重要的應用。[3]
2019年,中國科學家研制出新型銻化物半導體量子阱激光器。[1]

銻化物銻化物毒作用

銻化物對人體的毒作用主要再現為銻性皮炎、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。接觸者出現眼結膜和呼吸道刺激癥狀,發生支氣管炎,較重者出現胸痛、呼吸困難。吸入三氯化銻遇水分解的氣體,可引起肺水腫,主要由于產生的所致,而同時吸收的銻離子,可致全身毒作用。熔煉銻時,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,可發生溶血及體溫降低,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。出現流涎、口內金屬味、食欲減退、、嘔吐、腹痛、便血,肝臟可腫大、壓痛。嚴重者有尿閉、血尿和心律紊亂等。
2、慢性中毒:影響長期接觸銻化合物粉塵或煙塵的工人可出現頭痛、興奮、失眠、暈眩、肢體酸痛、貧血、消瘦等全身癥狀。由于長期慢性刺激發生鼻炎、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。長期吸入銻塵可致銻塵肺,但對勞動能力無嚴重影響;即使同時出現銻中毒癥 狀,調離后,亦易緩解。 長期接觸高濃度Sb2S3,可出現心血管損害。 治療: 銻及其化合物所致損害的預防原則與其他金屬同。一般職業性銻中毒不嚴重,脫離接觸并進行對癥處理即可。由于注射而引起的銻中毒,用二巰基丁二酸鈉排銻有效。[2]
參考資料


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