銻化物

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，出現在與侵入岩伴生的熱液成因礦牀中，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，出現在鎳鐵礦牀裏，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範圍內調節，能夠較好的實現晶格或應變匹配，非常有利於生長高質量材料，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徵譜線。其光電器件可廣泛應用於環境監測、化學物品探測、生物醫學、衞星遙感、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。在製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，銻化物成為製備 2-5μm 中紅外波段半導體激光器的首選材料。 ^[2] 

銻化物如LiSb，NaSb，KSb，RbSb等可應用於光電探測領域，其中以CsSb陰極的靈敏度最高，是最有實用價值的光電轉換材料，廣泛應用於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於銀氧銫陰極。而且製造工藝簡單。 ^[3] 

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於1 500℃下中低温輻射源的高效率、低成本、0.6 eV以下窄禁帶寬度的熱光伏材料和組件。銻化物材料是舉世公認的TPV首選材料，研究報道最多的是用LPE、MOCVD、MBE等各種方法在GaSb襯底上製備的InGaAsSb pn結電池。在InAs襯底上外延生長InAsSbP製備的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] 

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 成功製備了世界上第一台Ga Sb 基半導體激光器。同年，Caneau 等人研製了 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 製作了 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製作難度很大。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獨特的優勢。並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，並研製出輸出功率高達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，採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，實現了室温連續激射，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，室温下最大輸出功率可達 1.7W 。

工作於2～5μm中紅外波段的銻化物激光器在特徵分子光譜儀、毒品檢測、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，中國科學家研製出新型銻化物半導體量子阱激光器。 ^[1] 

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：主要由於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症狀，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，主要由於產生的氯化氫所致，而同時吸收的銻離子，可致全身毒作用。熔鍊銻時，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，可發生溶血及體温降低，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。口服中毒有胃腸道症狀，肝臟、腎臟和心臟都可受損。出現流涎、口內金屬味、食慾減退、噁心、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、肢體痠痛、貧血、消瘦等全身症狀。由於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，口腔炎症，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症 狀，調離後，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，脱離接觸並進行對症處理即可痊癒。由於注射而引起的銻中毒，用二巰基丁二酸鈉排銻有效。 ^[2]