Группа физиков под руководством Ассистент профессора NU Виктора Бруса разработала новый высокопроизводительный и радиационно-стойкий фотодиод с UV-vis-NIR гетеропереходом в рамках исследовательского проекта, стартовавшего в январе 2022 года на грант Назарбаев Университета.
Обычно процесс комбинирования различных полупроводниковых материалов с уникальными свойствами ведет к снижению детектирования и времени отклика гетеропереходных диодов. Ученым NU удалось добавить дополнительные функции гетеропереходному фотодиоду, сохранив и даже улучшив имеющиеся у них эксплуатационные свойства.
Разработанный образец, состоящий из слоя нитрида титана (TiN) и теллурида кадмия цинка (CdZnTe), продемонстрировал надежную и длительную работу в условиях пагубного воздействия ионизирующего излучения, что делает его применимым для использования в экстремальных условиях, таких как космос или радиоактивно загрязненные зоны.
“Наш основной вклад заключается в объединении оптоэлектронных материалов, известных своей радиационной стойкостью, в новых гетеропереходных фотодиодах. Полученный образец состоит из «окна», состоящего из тонкого слоя нитрида титана, и твердого активного слоя теллурида кадмия-цинка. Эта комбинация позволила нам, прежде всего, достичь очень высоких характеристик фотодиодов; в частности, они превосходят другие аналоги, основанные на сложных полупроводниках, по времени отклика и удельной детектируемости. Но, самое главное мы достигли на три порядка, до 1000 раз, более высокой радиационной стойкости удельной детектируемости по сравнению с традиционными аналогами, основанными на кремнии”, — рассказал Ассистент профессор NU Виктор Брус.
Дополнительным свойством предложенных фотодиодов с гетеропереходом является их повышенная радиационная стойкость, которая была экспериментально проверена с использованием импульсного сильноточного ускорителя ионов INURA, функционирующего в NU. Ускоритель был запущен в 2019 году в рамках пятилетней научно-технической программы NU и Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли при поддержке Министерства образования и науки Казахстана. Импульсный ионный ускоритель формирует ионный пучок очень короткой длительности и высокой мощности.
“На ускорителе INURA мы проводим эксперименты по модификации материалов для различных приложений. В рамках работы с группой профессора Виктора Бруса мы модифицировали ускоритель, чтобы создавать условия, схожие с условиями в космосе. В результате были успешно протестированные новые разработанные фотодиоды. Таким образом, теперь мы имеем возможность проводить испытания радиационной стойкости материалов на нашем ускорителе. Хотел бы отметить, что ускоритель обладает важной отличительной особенностью: суммарная потребляемая мощность его составляет всего порядка 10 килоВатт, но импульсная мощность наносекундного пучка составляет более 100 МегаВатт на сантиметр квадратный”, — сообщил постдокторант NU Марат Кайканов.
Статья с результатами исследования была опубликована в престижном международном журнале Advanced Optical Materials и была размещена на обложку журнала.
Ученые продолжат работу над улучшением концепции фотодиода на базе гетеропереходов, используя ряд различных типов новых полупроводниковых материалов и структур для разработки радиационно-стойких оптоэлектронных и фотоэлектрических устройств следующего поколения.
