На шаг впереди всех
Исследователи Томского государственного университета получают все больше и больше возможностей для совместной работы и обмена опытом с зарубежными коллегами. При этом достижения ученых ТГУ получают признание в мировом научном сообществе. В июле научные сотрудники лаборатории функциональной электроники (ЛФЭ) Антон Тяжев и Анастасия Лозинская приняли участие в Международном воркшопе в Гамбурге (Германия), посвященном радиационным детекторам. Антон выступил с обзором современного состояния технологии и научных исследований в данной области и рассказал о результатах исследований и испытаний матричных GaAs-сенсоров в ЛФЭ ТГУ.
На данный момент ученые лаборатории функциональной электроники ТГУ – единственные в мире, кто делает GaAs-сенсоры для регистрации ионизирующего излучения. Еще 20 лет назад было два подхода к работе с сенсорами: стандартный, который использовался за рубежом, и наш вариант – арсенид галлия, компенсированный хромом. Материал, созданный учеными ТГУ, не обладает недостатками зарубежного аналога, поэтому интерес к нему возрастает.
Синхротронное излучение высокой интенсивности (СИ) в последнее время стало важнейшим универсальным инструментом исследования свойств материи, звёзд, строения Земли, ископаемых артефактов, биомедицинских исследований молекул, вирусов, а также при создании веществ с новыми свойствами. При этом перспективными полупроводниковыми материалами для этого диапазона рентгеновских лучей являются арсенид галлия (GaAs) и теллурид цинка-кадмия (Cd(Zn)Te). Однако первый, арсенид галлия, по потребительским и технологическим свойствам и соотношению цена/качество значительно превосходит второй, Cd(Zn)Te.
– Начальный исследовательский этап уже завершен, – говорит Антон Тяжев. – Опытные образцы сенсоров прошли проверку в ведущих мировых научных центрах: DESY, ЦЕРНе, Лаборатории Резерфорда (Оксфорд) и других. Везде им была дана позитивная оценка. Коллеги отметили, что арсенид галлия, выполненный по технологии ТГУ – оптимальный полупроводник в качестве материала для сенсора.
Прогресс в технологии GaAs-детекторного качества позволил ТГУ разработать не имеющую мировых аналогов технологию HR-GaAs<Cr> полупроводниковых структур, выйти в мировые лидеры по созданию матричных детекторов для синхротронных центров нового поколения и открыть новые возможности для проведения научных экспериментов в ведущих научных центрах мира в области регистрации синхротронного излучения.
– Наша технология является революцией в области регистрации единичных фотонов синхротронного излучения и источников на свободных электронах (XFEL), так считают зарубежные партнёры, – поясняет Антон Тяжев. – Мировая научная общественность признает, что томские GaAs<Cr> сенсоры являются детекторами будущего и их характеристики значительно лучше характеристик существующих детекторов. Наши детекторы могут использоваться в экспериментальной физике высоких энергий, в системах формирования цифрового цветового изображения в рентгеновских и гамма-лучах научного, промышленного и медицинского назначения, например, в томографах.
Добавим, что сегодня ТГУ поставляет детекторы с числом элементов более 400 тысяч пикселей на 84,6x28,2 кв.мм, используемые для регистрации синхротронного излучения. К 2016 году планируется увеличить количество пикселей до миллиона.
Технологии GaAs<Cr> полупроводниковых структур и продукция в виде матричных детекторов, разработанных и изготавливаемых в ТГУ, востребованы на мировом рынке, используется в ведущих научных центрах DESY, ESRF, PSI, RAL, BNL, JINP и ряде spin-off компаний мира (Dectris, X-Counter, ImXPad, MARS, SkyScan).
Для справки. Разработку детекторов на основе арсенида галлия ведет лаборатория функциональной электроники (ЛФЭ) ТГУ под руководством профессора Олега Толбанова. Исследователи получили несколько грантов, в том числе по международной программе INTAS и крупному международному проекту ISTC.
Технология отработана до промышленного уровня, созданы десятки вариантов детекторов для разных областей применения. Технология создания материала и производства детектора оформлена как ноу-хау, которое принадлежит ТГУ.