Впервые в истории российской микроэлектроники ученые Алферовского университета (Санкт-Петербург) в партнерстве с АО «ОКБ-Планета» (Великий Новгород) и компанией ООО «Иоффе-ЛЕД» разработали уникальные фотодиоды ближнего инфракрасного диапазона. Эти высокотехнологичные приборы способны фиксировать электромагнитное излучение в спектре, почти вдвое шире, чем любые отечественные аналоги. Благодаря поддержке Российского научного фонда (РНФ) и Фонда содействия инновациям команда специалистов реализовала принципиально новый подход, открывая перспективы для создания современной техники ночного видения, а также высокоточных газовых сенсоров.
Прорыв в спектре чувствительности и полупроводниковых технологиях
Основой для создания новых фотодиодов послужил усовершенствованный материал — арсенид индия-галлия (InGaAs). Ранее фотоприемники на его базе фиксировали волны только в диапазоне 0,9–1,7 мкм. В ходе исследований ученым удалось существенно увеличить процент содержания индия в кристаллах, благодаря чему чувствительный диапазон продвинулся до впечатляющих 2,65 мкм — вплотную к границе среднего инфракрасного диапазона, ранее считавшейся недосягаемой для отечественной микроэлектроники.
Максим Соболев, заведующий лабораторией перспективных гетероструктур СВЧ микроэлектроники Алферовского университета, отмечает: «Нам удалось создать технологию выращивания кристаллов InGaAs с рекордно высокой концентрацией индия. Это открывает доступ к ранее недостижимым свойствам детекторов: широкий рабочий диапазон сочетается с полной интеграцией в существующие производственные процессы. Наши фотодиоды способны вполне конкурировать с лучшими зарубежными решениями и быстро занимать свою нишу на рынке».
Промышленные перспективы и решение технологических проблем
Исторически одной из главных сложностей при увеличении содержания индия было значительное увеличение числа дефектов в полупроводниковой структуре. Новое поколение специализированного оборудования для кристаллообразования, которым располагает Алферовский университет, позволило преодолеть это препятствие. Исследовательская команда при участии инженеров АО «ОКБ-Планета» и специалистов ООО «Иоффе-ЛЕД» оптимизировала параметры выращивания и обработки, что позволило добиться высокой однородности структуры и стабильных рабочих характеристик.
В результате полученные фотодиоды по чувствительности и стабильности не уступают мировым аналогам ведущих производителей, открывая новые горизонты для отечественного приборостроения.
Новые возможности для экологии и безопасности
Разработанные фотодиоды отличаются расширенным спектром воспринимаемого излучения. Как отмечает младший научный сотрудник лаборатории Елена Василькова, это дает приборам ночного видения ранее недоступную возможность получать более четкие и детализированные изображения при слабом освещении, в условиях густой облачности, тумана или повышенной влажности. Детекторы на новой элементной базе позволяют интегрировать данные, получаемые от свечения и излучения объектов, что делает возможной визуализацию окружающей среды в широчайшем диапазоне условий.
Расширение области применения выходит далеко за пределы задач безопасности. Новое поколение фотодиодов оптимально подходит для использования в экологическом мониторинге и газоанализаторах. Новые сенсоры позволяют с высокой точностью обнаруживать даже минимальные концентрации парниковых газов, таких как метан и углекислый газ, что крайне важно для современного контроля выбросов в промышленности и эффективного решения глобальных экологических задач.
Поддержка ведущих фондов и патентная защита
Работа над инновационными сенсорами велась при финансовой и организационной поддержке Российского научного фонда (РНФ) и Фонда содействия инновациям. Благодаря комплексному взаимодействию ученых, инженеров и производителей удалось не только провести весь цикл научных исследований, но и оформить правовую защиту разработки. Получен патент на полезную модель № RU 235230 U1, что подтверждает приоритетное право российских специалистов на использование и внедрение данной технологии.
Вклад российских ученых в будущее электроники
Сочетание исследовательского потенциала Алферовского университета, промышленного опыта партнеров и поддержки ведущих научных фондов позволило совершить важный вклад в развитие отечественной микроэлектроники и средств оптического контроля. Проект иллюстрирует тот факт, что российская наука и промышленность остаются на передовой линии мирового прогресса и способны формировать технологическую независимость страны. Новое поколение фотодиодов — это еще один пример успеха, основанного на синергии науки, инноваций и ответственного подхода к будущему.
Источник фото: ru.123rf.com
Источник: scientificrussia.ru
