Российские ученые из ООО «Терагерцовая фотоника», Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна (СПбГУПТД) и образовательного центра «Энергоэффективные инженерные системы» Университета ИТМО разработали метод быстрого и эффективного определения теплопроводности материалов, применяемых в электронике. Это важная задача, поскольку от теплопроводности зависит способность детали проводить электричество при различных температурах. Принцип основан на применении двух лазеров — зеленого и красного. Один лазер нагревает материал, вторым светят на уже нагретый образец. По тому, как именно материал отражает лазерный луч, рассчитывается его теплопроводность. Авторы работы применили методику при создании датчика терагерцевого излучения.
Ученые из разработали эффективную методику измерения теплопроводности материалов, применяемых в электронике. Созданный на ее основе прибор не уступает по точности аналогам, но при этом менее требователен к условиям эксплуатации и дешев. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ). Результаты опубликованы в журнале Applied Physics Letters.
Изменение температуры может сильно влиять на работу электроники. Дело в том, что температура влияет на электропроводность материалов, применяемых в технике. Нагрев способен снижать способность многих устройств проводить электрический ток, а в случае лазеров влияет на характеристики испускаемой волны. Поэтому разработчики электроники и другой техники ищут способы измерять способность различных материалов и сплавов проводить тепло — их теплопроводность.
«Разработка новых методов получения микро- и наноразмерных структур является важной задачей в современном мире для экономии энергопотребления. Получение и изучение нано- и микроструктур сложных полупроводниковых и полуметаллических материалов, чувствительных к терагерцовому излучению при комнатной температуре, влияет на развитие технологий в области спинтроники, технологии 6G, медицинской диагностики. Я занимаюсь получением структур с заданными свойствами, мною в составе научного коллектива были подобраны соотношения вещества и размеры структур для их максимальной чувствительности наноэлементов к терагерцовому излучению», - объясняет доцент кафедры физики СПбГУПТД, кандидат физико-математических наук Наталья Каблукова.
Авторы исследования создали новую методику, которая позволяет быстро, легко и бесконтактно измерять теплопроводность применяемых в электронике микро- и наноструктур.
Ученые сконструировали для этих целей прибор, который состоит из двух лазеров. Первый предназначен для нагревания исследуемого образца при помощи световой волны зелёного спектра. После этого нагретый образец облучается вторым лазером, который имеет красный спектр. Степень нагрева влияет на то, как материал будет отражать излучение красного лазера. По этому параметру и рассчитывается теплопроводность образца.
Как отметили ученые, важным преимуществом метода является то, что прибор не требует использования дорогих импульсных лазеров, прост в проверке и наладке лазерного луча и работает при обычной комнатной температуре.
«Производство прибора для измерения теплопроводности оказалось в десять раз дешевле аналогов, при этом по характеристикам он им не уступает. Благодаря этому данные о теплопроводности материалов, полученные на этом устройстве, могут найти применение в терагерцевой фотонике в таких областях, как системы связи 6G, визуализация, медицинская диагностика. В дальнейшем мы будем пытаться повысить его чувствительность», — пояснил руководитель проекта, кандидат физико-математических наук, генеральный директор ООО «Терагерцовая фотоника» Михаил Ходзицкий.
Научный коллектив уже применил полученный прибор на практике при разработке нового датчика терагерцевого излучения.