Младший научный сотрудник Центра «Перспективные технологии в микроэлектронике» Томского государственного университета Дмитрий Алмаев разрабатывает «солнечно-слепой» ультрафиолетовый фотоприемник нового поколения, рассказали Наука Mail в пресс-службе вуза.
Устройство регистрирует ультрафиолет в диапазоне 200–280 нм — ту часть спектра, которую озоновый слой Земли поглощает практически целиком, поэтому у поверхности планеты ее естественный фоновый уровень равен нулю. Если датчик фиксирует сигнал в этом диапазоне, это гарантированно указывает на искусственный или опасный источник: открытое пламя, электрическую дугу или факел ракетного двигателя.
Ключевой материал — моноклинный оксид галлия (β-Ga2O3). Его запрещенная зона шириной 4,7–4,9 эВ означает, что кристалл физически откликается только на высокоэнергетические УФ-кванты и полностью игнорирует видимый свет. Это позволяет отказаться от дорогостоящих оптических фильтров, без которых традиционные кремниевые датчики «слепнут» на солнце. Вдобавок оксид галлия сохраняет химическую и термическую стабильность в широком температурном диапазоне и в условиях радиации.
Главным препятствием для этого материала долго оставалась инерционность: датчики на его основе слишком медленно реагировали на появление УФ-сигнала. По словам Алмаева, решить проблему планируется за счет комбинации физики широкозонных полупроводников и классической схемотехники.
Согласно техзаданию, готовое устройство будет компактной печатной платой с кристаллом оксида галлия на прозрачной подложке из оксида алюминия, усилителем, компаратором и стабилизаторами питания. Все этапы изготовления фоточувствительного элемента выполняются на базе Центра ТГУ, что локализует производство и, по оценке авторов, позволит снизить стоимость устройства до трех раз относительно зарубежных аналогов.
Датчик востребован сразу в нескольких отраслях:
- в нефтегазовом секторе — для контроля факельных установок и обнаружения пожаров без ложных тревог от солнца;
- в аэрокосмической — для мониторинга горения в ракетных двигателях и систем астронавигации.
Наряду с этим новый тип «солнечно-слепых» УФ-датчиков перспективен для создания систем защищенной оптической связи, где сигнал невозможно перехватить и заглушить стандартными средствами создания электромагнитных помех. В медицине этот инструмент обеспечит точный контроль интенсивности в аппаратах ультрафиолетовой терапии и диагностику биологических тканей
На российском рынке коммерческих фотоприемников на оксиде галлия пока нет. Проект победил в седьмой очереди конкурса «Студенческий стартап» Фонда содействия инновациям и получил грант 1 млн руб.
Ранее Наука Mail рассказывала, как томские ученые разработали диоды нового поколения на основе оксида галлия для микроэлектроники.