Оксид галлия сегодня считается одним из самых перспективных полупроводников для силовой электроники — особенно там, где требуются высокая надежность, чувствительность и работа в экстремальных условиях. Это полупроводник с широкой запрещенной зоной около 4,8 электронвольта, который устойчив к высоким температурам, напряжениям и сильным электрическим полям.
Ученые 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, сообщила пресс-служба Минобрнауки РФ. Результаты исследований представлены в статье, опубликованной в научном журнале IEEE.
Оксид галлия (Ga2O3) — это полупроводниковый материал с широкой запрещенной зоной (~4,8 эВ), который в последние годы привлекает значительное внимание исследователей благодаря уникальному сочетанию физических и химических свойств. Одним из наиболее перспективных направлений исследований является разработка ультрафиолетовых (УФ) фотодетекторов, устойчивых к солнечному свету и способных работать без дополнительных оптических фильтров.
Такие устройства применяют в самых разных областях: от обнаружения пламени и медицинской диагностики до мониторинга окружающей среды, картографирования озонового слоя, навигации и оптической связи. Благодаря высокой термо‑ и радиационной стойкости материала Ga2O3 его также активно используют в аэрокосмической, оборонной и энергетической отраслях.
Несмотря на то что оксид галлия (Ga2O3) активно исследуют, у фотодетекторов на его основе остается нерешенная проблема — ограниченная скорость отклика. Ученые Томского государственного университета (ТГУ) изучили, как температура влияет на электрические и фотоэлектрические характеристики таких детекторов. Исследования провели на базе Центра «Перспективные технологии в микроэлектронике» ТГУ с использованием метода высокочастотного магнетронного распыления.
Выяснилось, что детекторы на основе оксида галлия могут работать при очень высоких напряжениях — вплоть до 1100 В, — и при этом у них наблюдается крайне низкий «темновой» ток, то есть ток в отсутствие освещения. Благодаря этому устройства не дают ложных срабатываний, обеспечивают высокую точность измерений и потребляют 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. 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.
Детекторы на основе оксида галлия выдерживают огромные электрические поля и температуры, превосходя SiC и GaN, поэтому они будут незаменимы в силовой электронике. В частности, при использовании в электромобилях и энергосетях такие устройства позволят снизить потери на преобразование электроэнергии на 10−15%.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что открытие физиков из Европы поможет повысить КПД перовскитных солнечных батарей.
