Сотрудники Центра радиофотоники и СВЧ технологий НИЯУ МИФИ создали новый радиационно-стойкий и температурно-стабильный материал для датчиков Холла магнитного поля. Датчики этого типа широко используются для контроля магнитного поля в ядерных и термоядерных установках (токамаках), они востребованы в исследовательских проектах класса Mega science, где подвергаются сильному радиоактивному излучению. Это делает актуальным разработку инновационных материалов, которые позволят увеличить срок службы измерительных приборов в условиях высокого радиационного фона.
Результаты работы ученых опубликованы в журнале Applied Surface Science. Согласно проведенному исследованию, индий-содержащие полупроводниковые соединения — соединения индия с cурьмой (антимонид индия, InSb) и с мышьяком (арсенид индия, InAs) являются наиболее перспективными материалами для создания сенсоров, работоспособных в жестких радиационных условиях.
В отличие от других полупроводников концентрация электронов в кристаллах арсенида индия увеличивается при облучении, так как в этом веществе возникают в основном радиационные дефекты донорного типа при воздействии на него любого типа и любой дозы жесткого излучения. Благодаря этому свойству под воздействием радиации электрическая проводимость материала не падает, а только возрастает со временем.
В качестве подложки для пленки из арсенида индия был выбран сапфир, поскольку он является одним из наиболее стойких диэлектрических материалов к ионизирующему излучению. Методом молекулярно-лучевой эпитаксии впервые в мире были получены и исследованы пленки арсенида индия, легированные кремнием, на подложках сапфира.
Основными проблемами при получении эпитаксиальных пленок на неродной подложке являются отличающиеся от подложки кристаллическая структура и период решетки. Полученные пленки из арсенида индия толщиной 100 нм обладают хорошей подвижностью 600 см2/В·с, а также отличной температурной стабильностью проводимости: сопротивление материала в диапазоне 4-320 К изменяется менее чем на один процент.
Полученные результаты демонстрируют потенциал для реализации термостабильных датчиков магнитного поля на основе InAs на основе эффекта Холла, а также для создания полевых транзисторов.