Учёные разработали метод увеличения температурной чувствительности микроболометров без изменения используемых материалов
Наука и космос119:24
Исследователи нашли новый способ улучшить чувствительность популярных тепловизоров с помощью миниатюрного транзистора. Эта технология позволяет повысить температурный коэффициент сопротивления сенсоров с примерно 10% до 150% на K, что может существенно улучшить точность устройств для ночного видения, робототехники и систем автономной навигации.
Работа была выполнена группой под руководством профессора Фэнняня Ся (Fengnian Xia), результаты которой были опубликованы в журнале Nature Sensors. Ученые применили двухконтактный NPN-транзистор — электронный компонент, который может усиливать сигналы в электрических схемах, для улучшения характеристик уже существующих тепловых сенсоров.
Современные тепловизоры обычно работают по одному из двух принципов. Более точные системы используют фотонные детекторы, которые непосредственно фиксируют частицы света в инфракрасном диапазоне, но требуют охлаждения до крайне низких температур и обладают высокой стоимостью. Поэтому такие устройства в основном находят применение в военной технике и специализированных системах.
Более доступный вариант — микроболометры, которые превращают нагрев от инфракрасного излучения в изменение электрического сигнала. Их используют в портативных тепловизорах, системах пожарной безопасности и средствах наблюдения. Однако по чувствительности они уступают охлаждаемым фотонным детекторам из-за ограничений материалов, чаще всего оксида ванадия и аморфного кремния.
Ключевой проблемой этих материалов является низкий температурный коэффициент сопротивления (TCR) — показатель, демонстрирующий, насколько сильно изменяется электрическое сопротивление вещества при изменении температуры. Чем выше TCR, тем проще сенсору обнаружить небольшие изменения нагрева.
Вместо поиска нового материала исследователи интегрировали транзистор в существующую конструкцию. Согласно словам ведущего автора работы, Цзячжэня Чэня (Jiazhen Chen), транзистор создает обратную связь между носителями заряда — частицами, переносимыми электрическим током, — усиливая зависимость сопротивления от температуры и обеспечивая возможность программирования чувствительности сенсора.
После такой модификации температурный коэффициент сопротивления удалось увеличить примерно с 10% до 150% на каждый кельвин. Это позволяет тепловым сенсорам лучше фиксировать тепловое излучение окружающих объектов без необходимости использования сложных систем охлаждения.
В следующем этапе команда планирует создать полноценные устройства на основе этой технологии, включая сенсоры для регистрации среднего инфракрасного диапазона. Также ученые намерены перенести разработку на кремниевую платформу, которая широко применяется в производстве современных микросхем.
Darth SaharaИсточники:Nature SensorsНаука и космос1РобототехникаТепловизорыНанотехнологииИнфракрасное излучениеНочное видениеТранзисторыСенсорыКремниевая электроника19:24
Источник