Радиофизики Томского государственного университета разработали ультрафиолетовый фотодетектор на основе оксида галлия, который в определенном режиме работы оказался более чем в тысячу раз быстрее аналогичных устройств. Вместо сотен миллисекунд или нескольких секунд прибор реагирует на излучение и восстанавливается за микросекунды.
Солнечно-слепой диапазон ультрафиолета охватывает длины волн от 200 до 280 нанометров. Озоновый слой практически полностью блокирует такое солнечное излучение, поэтому у поверхности Земли его естественный фон близок к нулю. Это позволяет создавать датчики, которые не реагируют на обычный свет и могут фиксировать искусственные источники ультрафиолета.
Такие приемники могут использоваться для обнаружения пламени, искрения на высоковольтных линиях или работы специальных передатчиков, например УФ-лазеров. Одним из перспективных материалов для подобных устройств считается оксид галлия Ga₂O₃. Он отличается высокой термической и химической стабильностью, а его производство проще и дешевле, чем многих других широкозонных полупроводников.
Однако у оксида галлия есть серьезный недостаток — низкое быстродействие. Исследователи ТГУ изучили вертикальные фотодиоды Шоттки на его основе и обнаружили, что максимальную скорость они показывают не при подаче внешнего напряжения, а при нулевом смещении.
«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».
Виктор Копьев, один из авторов статьи, заведующий кафедрой полупроводниковой электроники радиофизического факультета ТГУ
По сравнению с исходными временами отклика это дает ускорение более чем в тысячу раз. Ученые связывают эффект с особенностями распределения электрического поля и образования фототока в структуре прибора. При внешнем напряжении в работе устройства участвует не только область пространственного заряда барьера Шоттки, но и объем подложки. Это приводит к дополнительному фоторезистивному эффекту, который замедляет отклик.
Быстродействие открывает возможность использовать такие фотодетекторы для передачи информации по атмосфере с помощью коротких импульсов ультрафиолетового света. В отличие от радиоканалов, такая связь может работать в условиях сильных электромагнитных помех. Рассеяние УФ-излучения в атмосфере также позволяет организовывать связь без прямой видимости между передатчиком и приемником.
Еще одно возможное применение — обнаружение пробоев высоковольтных линий и возгораний на объектах нефтегазовой отрасли. По мнению разработчиков, технология также может использоваться для связи между беспилотниками, роботами и автомобилями в условиях радиопомех.
Читайте также:
Ученые предложили способ сделать рентгеновские экраны больше, эффективнее и дешевле
В России создали сверхпрочную керамику для авиакосмической отрасли, выдерживающую 2100 °C
В ИТМО создали ловушку для света для будущих оптических чипов ИИ