Ведущие научные группы мира работают над созданием детекторов на основе оксида галлия (Ga2O3). Такие компоненты могут совершить настоящий переворот в силовой электронике, поскольку обладают высокой мощностью, надежностью в экстремальных условиях, высокой чувствительностью и энергоэффективностью. Учёные Томского государственного университета исследовали поведение оксида галлия при разных температурах и под воздействием высоких электрических полей, что критически важно для разработки и внедрения детекторов на основе Ga2O3. Результаты исследований представлены в статье, опубликованной в высокорейтинговом научном журнале IEEE (Q1).
– Оксид галлия (Ga2O3) – это полупроводниковый материал с широкой запрещённой зоной (~4,8 эВ), который в последние годы привлекает значительное внимание исследователей благодаря уникальному сочетанию физических и химических свойств, – говорит один из авторов статьи, заведующий кафедрой полупроводниковой электроники РФФ ТГУ, с.н.с. Центра «Перспективные технологии в микроэлектронике» (ПТМ) ТГУ Виктор Копьев. – Одним из наиболее перспективных направлений исследований является разработка ультрафиолетовых (УФ) фотодетекторов, устойчивых к солнечному свету и способных работать без дополнительных оптических фильтров.
Такие устройства имеют широкий спектр применения, включая обнаружение пламени, медицинскую диагностику, мониторинг окружающей среды, картографирование озонового слоя, навигацию и оптическую связь. Кроме того, высокая термо- и радиационная стойкость Ga2O3 позволяет использовать его в аэрокосмической, оборонной и энергетической отраслях.
Несмотря на обширные исследования Ga2O3, одной из нерешённых проблем, связанных с фотодетекторами на его основе, является их ограниченная скорость отклика. Учёные ТГУ провели исследования температурной зависимости электрических и фотоэлектрических характеристик детекторов, полученных методом высокочастотного магнетронного распыления, на базе Центра «Перспективные технологии в микроэлектронике» ТГУ.
Детекторы на основе оксида галлия способны функционировать при очень высоких напряжениях (до 1 100 В) и при этом демонстрируют очень низкий «темновой» ток (в отсутствие освещения). Это означает, что детекторы на оксиде галлия не будут давать ложных срабатываний и обеспечат высокую точность измерений, потребляя минимум энергии.
– Детекторы на оксиде галлия сохраняют высокий функционал даже при экстремально низких температурах, вплоть до -263°C (10 К). Это делает их идеальными кандидатами для космических аппаратов или высокоточного оборудования в Арктике, – отмечает старший преподаватель кафедры полупроводниковой электроники РФФ ТГУ, научный сотрудник Центра «Перспективные технологии в микроэлектронике» Никита Яковлев.– При повышении температуры детекторы только выигрывают в скорости. Время срабатывания сокращается с 69 до 36 миллисекунд, а время восстановления – с 37 до 10 миллисекунд при нагреве от -263°C до +77°C. Это критически важно для систем, требующих мгновенной реакции, например, в системах безопасности или управления.
Спектр их применения крайне широк. Например, УФ-детекторы идеальны для обнаружения пламени. Так как оксид галлия «не видит» солнечный свет, но идеально реагирует на глубокий ультрафиолет, на его основе можно изготавливать «солнечно-слепые» фотодетекторы. Такие датчики смогут фиксировать пламя или утечку радиации даже на ярком солнце.
Фундаментальные данные, полученные учёными ТГУ, позволят быстрее перейти от лабораторных экспериментов к промышленному внедрению «солнечно-слепых» датчиков и мощных силовых систем.
Добавим, что Центр «Перспективные технологии в микроэлектронике» ТГУ имеет лидирующие позиции в создании сенсоров и детекторов для разных областей – от установок класса мегасайенс до медицинского и промышленного оборудования.
На базе центра были созданы детекторы, которые установлены на Большом адронном коллайдере, крупнейших исследовательских установках в Германии, Японии и других странах. Учёные центра совместно с коллегами из ИЯФ СО РАН разработали и произвели первый детектор для самого современного источника синхротронного излучения класса 4+ СКИФ, который сейчас строится под Новосибирском.
В настоящее время на базе Центра ПТМ реализуется ряд крупных проектов, включая исследования в рамках госзадания «Физико-технические основы базовых технологий создания цифровых детекторов мультиспектральной квантовой радиографии на основе монокристаллов Si, SiC, CdTe, CdZnTe, GaAs, Ga2O3, Al2O3 для решения широкого круга материаловедческих задач с использованием источников синхротронного излучения и создания систем научного, медицинского и промышленного приборостроения».
Источник: пресс-служба ТГУ