Учёные Томского государственного университета (ТГУ) представили результаты исследований детекторов на основе оксида галлия (Ga2O3), которые способны функционировать в экстремальных условиях – от космического холода до высоких температур и напряжений. Результаты работы опубликованы в высокорейтинговом научном журнале IEEE (Q1).
Оксид галлия – полупроводниковый материал с широкой запрещённой зоной (~4,8 эВ), который привлекает внимание исследователей благодаря уникальному сочетанию физических и химических свойств. Одним из наиболее перспективных направлений является разработка ультрафиолетовых 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», – отмечает заведующий кафедрой полупроводниковой электроники РФФ ТГУ Виктор Копьев.
Исследования показали, что детекторы на основе оксида галлия способны функционировать при очень высоких напряжениях (до 1100 В) и демонстрируют очень низкий «темновой» ток в отсутствие освещения. Это означает, что они не будут давать ложных срабатываний и обеспечат высокую точность измерений при минимальном энергопотреблении.
Особенно впечатляют температурные характеристики: детекторы сохраняют функциональность даже при экстремально низких температурах, вплоть до -263°C (10 К).
«Это делает их идеальными кандидатами для космических аппаратов или высокоточного оборудования в Арктике», – говорит старший преподаватель кафедры полупроводниковой электроники РФФ ТГУ 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.
УФ-детекторы на основе оксида галлия идеальны для обнаружения пламени. Поскольку материал «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. Высокая термо- и радиационная стойкость Ga2O3 позволяет использовать его в аэрокосмической, оборонной и энергетической отраслях.
Центр «Перспективные технологии в микроэлектронике» ТГУ имеет лидирующие позиции в создании сенсоров и детекторов. На базе центра были созданы детекторы, которые установлены на Большом адронном коллайдере, крупнейших исследовательских установках в Германии, Японии и других странах. Учёные центра также разработали первый детектор для самого современного источника синхротронного излучения класса 4+ СКИФ, который строится под Новосибирском.