Инфракрасные датчики окружают нас повсюду: от систем ночного видения и медицинских приборов до промышленного контроля. До сих пор такие устройства делились на два типа. Первые улавливают частицы света — фотоны — и сразу превращают их в электрический сигнал. Вторые работают как чувствительный термометр, реагируя на тепло. Теперь физики смогли впервые объединить оба принципа в одном приборе на основе монокристаллов теллурида свинца и сделали регистрацию объектов более надежной и точной. Работа опубликована в журнале Journal of Applied Physics.
Российские физики разработали гибридный инфракрасный сенсор нового поколения
Российские исследователи из МИСИС, МПГУ, РКЦ и НИУ ВШЭ совместно с коллегами из Израиля разработали инфракрасный детектор, который совмещает в себе свойства фотоприемника и теплового датчика. Новый прибор на основе теллурида свинца способен «видеть» излучение в двух разных диапазонах. Новый детектор позволит создать компактные точные сенсоры для тепловизоров, космических аппаратов и систем экологического мониторинга.
Чип с двухдиапазонным фотодетектором. Пресс-релиз
Теллурида свинца известен не только в оптике, но и как один из лучших термоэлектриков. Он умеет превращать разницу температур напрямую в электроэнергию. Благодаря этому свойству сплавы на основе теллурида свинца используются в компактных генераторах тока для космических аппаратов, улетающих далеко от Солнца.
Теллурид свинца. Элементарная ячейка. Википедия
Обычно теллурид свинца способен работать только в световом режиме. Проявить тепловой эффект ему мешает симметричная структура кристаллической решетки, поэтому для тепловых сенсоров используют другие материалы. Чтобы обойти это ограничение, ученые добавили в теллурид свинца примесь индия. Это создало внутри кристалла электрическое поле, которое немного сдвинуло внутреннюю структуру и дало объекту «второе зрение».
Продолжение ниже
Видео
Продолжение
Как работает сенсор и где его можно использовать
Вадим Ковалюк НИТУ МИСИС. Пресс-релиз
«Теллурид свинца не способен проявлять пироэлектрический эффект в обычных условиях. Мы ввели в него примесь индия и сформировали p–n-переход, благодаря чему внутри кристалла появилось встроенное электрическое поле. Оно нарушило локальную симметрию, сдвинув подрешетки ионов относительно друг друга. В итоге мы получили большой электрический сигнал для регистрации излучения с меньшей энергией, сохранив при этом все стандартные фотоэлектрические свойства», — объяснил соавтор работы Вадим Ковалюк из НИТУ МИСИС.
В лаборатории фотонных газовых сенсоров НИТУ МИСИС. Пресс-релиз
При средневолновом излучении сенсор работает как обычный фотодиод, а на более длинных волнах включается тепловой механизм. Экспериментальные образцы доказали свою эффективность при температурах от −233 до −83 °C, показыв высокую чувствительность и стабильность. В перспективе на этой архитектуре можно будет создавать универсальные матрицы для систем наблюдения и научных исследований.
Источник: пресс-релиз.
Загружаем