Спец-ЭлектронКомплект

Сотрудники Центра исследований и разработок «Перспективные технологии в микроэлектронике» Томского госуниверситета (Центр ПТМ) разработали опытные образцы радиационно-стойких многоэлементных сенсоров на основе арсенида галлия и монокристаллического сапфира. Такие сенсоры используются в международных и отечественных научных экспериментах мегасайенс-проектов, в промышленности и медицине. Арсенид-галлиевые сенсоры имеют более высокую чувствительность к рентгеновскому излучению, чем сенсоры на кремнии, а сапфировые характеризуются высокой радиационной стойкостью. Комплексные исследования и разработку технологии изготовления сапфировых сенсоров и детекторных модулей на их основе впервые проведут в Томском государственном университете.

Проект «Развитие инновационных технологий радиационно-стойких многоэлементных сенсоров на основе широкозонных полупроводников для регистрации высокоэнергетичных квантов и заряженных частиц» поддержан программой «Приоритет 2030».

Сотрудники центра «Перспективные технологии в микроэлектронике» ТГУ разрабатывают инновационные технологии создания многоэлементных сенсоров на основе арсенида галлия, компенсированного хромом (HR GaAs:Cr), и на основе монокристаллического сапфира. Они оптимизируют характеристики арсенид-галлиевых сенсоров и оценят перспективность использования новых сапфировых сенсоров для инструментального обеспечения отечественных мегасайенс-проектов СКИФ (Новосибирск), НИКА (Дубна), РИФ (Владивосток), международного проекта ILC (International Linear Collider) и других. Коллектив работает над уникальными решениями для промышленности и медицины, которые помогут организовать высокотехнологичное производство детекторов и систем визуализации интенсивных потоков высокоэнергетических частиц и квантов.

Многоэлементные сенсоры на основе арсенида галлия, компенсированного хромом.

«Арсенид-галлиевые сенсоры имеют значительные преимущества по сравнению с сенсорами на кремнии: обладают более высокой чувствительностью к рентгеновскому излучению и радиационной стойкостью при комнатных температурах. Что касается сапфировых сенсоров – в настоящее время в мире отсутствует их физическая модель, с помощью которой можно адекватно моделировать их чувствительность и амплитудный спектр при воздействии потоков высокоэнергетических квантов и заряженных частиц», – объясняет научный сотрудник лаборатории детекторов ионизирующего излучения Центра исследований и разработок «Перспективные технологии в микроэлектронике» Андрей Зарубин.

На первом этапе ученые ТГУ оптимизировали и определили расчетные характеристики многоэлементных HR GaAs:Cr сенсоров и микрополосковых сапфировых сенсоров. Кроме того, они разработали методику неразрушающего картирования фоточувствительности по пластине монокристаллического сапфира и составили перечень критериев оценки перспективности использования сапфировых сенсоров для регистрации высокоэнергетических квантов и заряженных частиц.

Микрополосковые сенсоры на основе монокристаллического сапфира.

Сейчас научный коллектив проводит верификацию расчетных и экспериментальных характеристик опытных образцов оптимизированных многоэлементных арсенид-галлиевых сенсоров и микрополосковых монокристаллических сапфировых сенсоров. В планах ученых – создание уточненных методик расчета для этих характеристик и разработка технического предложения на НИОКР.

Опытные образцы арсенид-галлиевых и сапфировых сенсоров, разработанных в ТГУ, были представлены на 25-й международной выставке электроники ExpoElectronica (Москва) – крупнейшей выставке электроники в России и ЕАЭС. По словам Андрея Зарубина, в этом году основной целью поездки был поиск партнеров и инженерных решений.

«Для дальнейшей реализации проекта и создания детектора ионизирующего излучения нам нужна система тестирования чипов. Во время выставки я обменялся опытом с представителями различных компаний по росту кристаллов, поставщиками оборудования и инженерами; посмотрел несколько образцов установок. Мне удалось договориться о сотрудничестве и предварительных совместных исследованиях. Сейчас ведем переговоры о поставке оборудования по тестированию чипов, которое поможет нам в завершении исследования», – добавляет ученый.

Проект реализуется с учетом имеющегося научного задела и большого опыта научного коллектива в разработке и создании многоэлементных сенсоров на основе арсенида галлия, компенсированного хромом (HR GaAs:Cr), для задач визуализации рентгеновского излучения. Созданные в ТГУ под руководством директора Центра исследований и разработок «Перспективные технологии в микроэлектронике» Олега Толбанова детекторы на основе арсенида галлия не имеют мировых аналогов и уже широко использовались в ряде экспериментов в немецком синхротронном центре DESY (Германия), в Европейском синхротронном центре ESRF (Франция), в Европейском центре ядерных исследований (CERN, Швейцария).

В исследовании участвуют сотрудники лаборатории детекторов ионизирующего излучения Центра, сотрудники лаборатории металлооксидных полупроводников, конструкторского бюро, технологического центра, кафедры ППЭ РФФ ТГУ.

Источник