Новый миниатюрный транзистор увеличил точность тепловизоров в 15 раз

Группа ученых предложила инновационный метод оптимизации стандартных тепловизионных сенсоров, интегрировав в их конструкцию компактный транзистор. Это технологическое решение позволяет поднять температурный коэффициент сопротивления (TCR) с базовых 10% до внушительных 150% на кельвин, что открывает широкие перспективы для совершенствования систем ночного видения, автономной навигации и робототехнических комплексов.

Проект, возглавляемый профессором Фэннянем Ся, нашел отражение в публикации журнала Nature Sensors. В основе метода лежит использование двухконтактного NPN-транзистора — электронного компонента, который выступает в роли усилителя сигнала, радикально улучшая рабочие параметры уже существующих термодатчиков.

На сегодняшний день тепловизионная техника базируется на двух основных подходах. Высокоточные фотонные детекторы, способные напрямую фиксировать инфракрасные фотоны, демонстрируют превосходные результаты, однако требуют глубокого охлаждения и отличаются непомерно высокой стоимостью, что ограничивает их применение узким кругом военных и специализированных задач.

Альтернативой выступают микроболометры, преобразующие тепловое воздействие в электрический сигнал. Они широко востребованы в гражданской сфере — от портативных тепловизоров до противопожарного оборудования, однако проигрывают охлаждаемым сенсорам в чувствительности из-за физических ограничений используемых материалов, таких как оксид ванадия или аморфный кремний.

Фундаментальная сложность заключается в низком температурном коэффициенте сопротивления (TCR), который определяет отклик материала на термические изменения. Повышение этого показателя критически важно для фиксации мельчайших колебаний температуры.

Вместо поиска дорогостоящих альтернатив, исследователи применили архитектурный подход, дополнив стандартную схему транзистором. Как пояснил ведущий разработчик Цзячжэнь Чэнь, транзистор формирует петлю обратной связи для носителей заряда, что не только усиливает зависимость сопротивления от температуры, но и позволяет гибко настраивать чувствительность сенсора программными методами.

Результаты модификации оказались впечатляющими: показатель TCR вырос с 10% до 150% на кельвин. Это позволяет датчикам улавливать даже слабое тепловое излучение объектов, не прибегая к энергозатратным системам охлаждения.

В ближайших планах команды — масштабирование технологии до полноценных матриц, способных работать в среднем инфракрасном диапазоне. Параллельно ученые работают над адаптацией данной разработки под стандарты кремниевого производства, что облегчит ее внедрение в массовое промышленное изготовление микроэлектроники.

Источник: iXBT