Минобрнауки РФ. Ученые Томского государственного университета (ТГУ) исследовали поведение оксида галлия при разных температурах и под воздействием высоких электрических полей, что критически важно для разработки и внедрения детекторов на основе Ga2O3. Такие компоненты могут совершить настоящий переворот в силовой электронике, поскольку обладают высокой мощностью, надежностью в экстремальных условиях, высокой чувствительностью и энергоэффективностью.
Детекторы на основе оксида галлия выдерживают огромные электрические поля и температуры, превосходя SiC и GaN. Поэтому, по мнению ученых, они будут незаменимы в силовой электронике будущего. Такие устройства имеют широкий спектр применения, включая обнаружение пламени, медицинскую диагностику, мониторинг окружающей среды, картографирование озонового слоя, навигацию и оптическую связь. Кроме того, высокая термо- и радиационная стойкость Ga2O3 позволяет использовать его в аэрокосмической, оборонной и энергетической отраслях.
«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», — рассказал один из авторов статьи, старший преподаватель кафедры полупроводниковой электроники РФФ ТГУ, научный сотрудник Центра «Перспективные технологии в микроэлектронике» (ПТМ) ТГУ Никита Яковлев.
Так как оксид галлия «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.
«Оксид галлия — 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 фотодетекторов, устойчивых к солнечному свету и способных работать без дополнительных оптических фильтров», — отметил еще один участник исследования, заведующий кафедрой полупроводниковой электроники РФФ ТГУ, старший научный сотрудник Центра ПТМ ТГУ Виктор Копьев.
Несмотря на обширные исследования Ga2O3, одной из нерешенных проблем, связанных с фотодетекторами на его основе, является их ограниченная скорость отклика. Ученые ТГУ провели исследования температурной зависимости электрических и фотоэлектрических характеристик детекторов, полученных методом высокочастотного магнетронного распыления. Полученные данные, по словам исследователей, позволят быстрее перейти от лабораторных экспериментов к промышленному внедрению «солнечно-слепых» датчиков и мощных силовых систем.
Центр «Перспективные технологии в микроэлектронике» ТГУ имеет лидирующие позиции в создании сенсоров и детекторов для разных областей — от установок класса мегасайенс до медицинского и промышленного оборудования. На базе центра были созданы детекторы, которые установлены на Большом адронном коллайдере, крупнейших исследовательских установках в Германии, Японии и других странах. Ученые центра совместно с коллегами из ИЯФ СО РАН разработали и произвели первый детектор для самого современного источника синхротронного излучения класса 4+ СКИФ, который строится под Новосибирском.
В настоящее время на базе Центра ПТМ реализуется ряд крупных проектов, включая исследования в рамках госзадания «Физико-технические основы базовых технологий создания цифровых детекторов мультиспектральной квантовой радиографии на основе монокристаллов Si, SiC, CdTe, CdZnTe, GaAs, Ga2O3, Al2O3 для решения широкого круга материаловедческих задач с использованием источников синхротронного излучения и создания систем научного, медицинского и промышленного приборостроения».