Учёные Томского государственного университета сделали шаг в развитии отечественной фотоники и беспроводных технологий. Им удалось преодолеть ключевой недостаток оксида галлия. Сотрудники Центра «Перспективные технологии в микроэлектронике» ТГУ создали ультрафиолетовый фотодетектор, быстродействие которого выросло более чем в 1000 раз. Об этом сообщили в ТГУ.
Озоновый слой земной атмосферы эффективно защищает поверхность планеты от ультрафиолетового излучения Солнца в диапазоне длин волн 200–280 нанометров, который физики называют «солнечно-слепым». На поверхности Земли естественный уровень этого излучения практически отсутствует.
Для создания датчика, чувствительного только к этому узкому спектру, можно использовать материал, который не будет реагировать на обычный свет и не «слепнет» на ярком солнце. Любой зафиксированный сигнал от такого датчика будет свидетельствовать о наличии искусственного источника: вспышки пламени, искрения высоковольтных линий или специального передатчика, например, УФ-лазера.
Оксид галлия (Ga2O3) считается оптимальным материалом для таких приборов благодаря своей термической и химической стабильности, отсутствию необходимости в дорогостоящих оптических фильтрах и простоте производства. Однако у него есть недостаток — низкое быстродействие, что делает его непригодным для систем быстрой передачи данных.
Исследователи Томского государственного университета (ТГУ) решили эту проблему, изучив свойства вертикальных фотодиодов Шоттки, в которых на подложку из оксида галлия наносится тонкий слой платины. Эксперименты показали неожиданный результат: наивысшую скорость работы фотодетектор демонстрирует без внешнего напряжения, при нулевом смещении. Это происходит благодаря собственному электрическому полю, которое возникает на границе платины и оксида галлия. В результате фотодетектор срабатывает и восстанавливается за микросекунды: 4,4 микросекунды требуется для отклика и 1,4 микросекунды — для релаксации.
Микросекундные УФ-детекторы имеют широкое практическое применение. Они используются для высокоскоростной защищённой связи в атмосфере. Передатчик кодирует данные в виде микросекундных импульсов ультрафиолетового света, которые мгновенно считываются фотодиодом. В отличие от радиоволн, этот метод работает в условиях сильных электромагнитных помех, так как УФ-излучение эффективно рассеивается в атмосфере. Это позволяет строить линии связи вне прямой видимости, даже в самый ясный солнечный день.
Новая технология будет востребована для скрытой связи между беспилотниками, роботами и автомобилями в условиях радиопомех. Кроме того, она позволит мгновенно обнаруживать пробои высоковольтных линий и возгорания на объектах нефтегазового комплекса.
«Выяснилось, что наивысшую скорость прибор демонстрирует вообще без внешнего напряжения (при так называемом нулевом смещении). За счет собственного встроенного электрического поля, возникающего на границе платины и оксида галлия, фотодетектор срабатывает и полностью восстанавливается за микросекунды – 4,4 микросекунды на отклик и 1,4 микросекунды на релаксацию», — рассказал заведующий кафедрой полупроводниковой электроники радиофизического факультета ТГУ Виктор Копьев.
Подложки оксида галлия подходят для массового промышленного производства, поэтому разработка имеет высокий потенциал для импортозамещения и быстрого внедрения в реальный сектор экономики. Результаты исследования представлены в журнале «Физика и техника полупроводников».
Учёные ТГУ работают не только над оптическими приборами — ещё одно их исследование касается детектирования «закрученных» радиоволн. Как рассказывала интернет-газета «ЖУК», учёные Томского государственного университета предложили компактный способ регистрации «закрученных» радиоволн с помощью ридберговских атомов.