Исследователи Томского госуниверситета сделали важный шаг к созданию электроники нового поколения, сообщает пресс-служба вуза. Они детально изучили, как ведет себя перспективный материал — оксид галлия — в экстремальных условиях высоких напряжений и критических температур. Эти данные приближают появление сверхчувствительных и при этом невероятно экономичных детекторов, которые найдут применение от кардиологии до покорения дальнего космоса.
Главная особенность этого полупроводника в том, что он идеально подходит для так называемых «солнечно-слепых» фотодетекторов. Такие устройства не реагируют на обычный солнечный свет, но чутко улавливают глубокое ультрафиолетовое излучение. Как пояснил заведующий кафедрой полупроводниковой электроники РФФ ТГУ Виктор Копьев, это свойство позволяет создавать датчики, которым не нужны дополнительные светофильтры. С их помощью можно с высокой точностью обнаруживать пламя на пожаре, отслеживать состояние озонового слоя или проводить сложную медицинскую диагностику.
Однако до последнего времени широкому внедрению таких детекторов мешала их невысокая скорость срабатывания. Ученые ТГУ сумели найти путь к решению этой проблемы. Эксперименты показали, что при нагреве устройства его производительность только выигрывает. Когда температура поднималась от сверхнизких космических значений до комнатной, детектор начинал реагировать на изменения почти в два раза быстрее.
«Детекторы на оксиде галлия сохраняют высокий функционал даже при экстремально низких температурах, вплоть до -263 градусов Цельсия. 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 градусов до +77 градусов Цельсия. Это критически важно для систем, требующих мгновенной реакции, например, в системах безопасности или управления», — отмечает старший преподаватель кафедры полупроводниковой электроники РФФ ТГУ, научный сотрудник Центра «Перспективные технологии в микроэлектронике» Никита Яковлев
Уникальные свойства материала делают его незаменимым не только в датчиках, но и в силовой электронике. Оксид галлия способен выдерживать колоссальные нагрузки до 1100 вольт, практически не потребляя энергию в «режиме ожидания» — это исключает ложные срабатывания. По словам исследователей, внедрение таких компонентов в зарядные станции для электромобилей или в энергосети позволит сократить потери при преобразовании тока на 10–15%, что сулит огромную экономию ресурсов.
Полученные томскими физиками фундаментальные данные о поведении оксида галлия при разных температурах и напряжениях лягут в основу промышленного производства. Теперь разработчики смогут быстрее перейти от лабораторных опытов к созданию надежных «солнечно-слепых» датчиков и мощных энергоэффективных систем для оборонной, аэрокосмической и энергетической отраслей.
