Миниатюрный транзистор нового типа повысил точность тепловизоров в 15 раз

Учёные разработали новый способ повысить чувствительность распространённых тепловизоров с помощью миниатюрного транзистора. Технология позволяет увеличить температурный коэффициент сопротивления сенсоров с примерно 10% до 150% на K, что может значительно повысить точность устройств для ночного видения, робототехники и систем автономной навигации.

Работу выполнила группа под руководством профессора Фэнняня Ся (Fengnian Xia), результаты опубликованы в журнале Nature Sensors. Исследователи использовали двухконтактный NPN-транзистор — электронный компонент, способный усиливать сигналы в электрических схемах, — чтобы улучшить характеристики уже существующих тепловых сенсоров.

Современные тепловизоры обычно работают по одному из двух принципов. Более точные системы используют фотонные детекторы, которые напрямую регистрируют частицы света в инфракрасном диапазоне, но требуют охлаждения до очень низких температур и отличаются высокой стоимостью. Поэтому такие устройства в основном применяются в военной технике и специализированных системах.

Более доступный вариант — микроболометры, которые преобразуют нагрев от инфракрасного излучения в изменение электрического сигнала. Их используют в переносных тепловизорах, пожарных системах 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, который показывает, насколько сильно меняется электрическое сопротивление вещества при изменении температуры. Чем выше TCR, тем легче сенсору заметить небольшие изменения нагрева.

Вместо поиска нового материала учёные добавили транзистор к существующей конструкции. По словам ведущего автора работы, Цзячжэня Чэня (Jiazhen Chen), транзистор создаёт обратную связь между носителями заряда — частицами, которые переносят электрический ток, — усиливая зависимость сопротивления от температуры и позволяя программировать чувствительность 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 объектов вокруг них без использования сложных систем охлаждения.

Следующим этапом команда планирует создать полноценные устройства на основе этой технологии, включая сенсоры для регистрации среднего инфракрасного диапазона. Также учёные собираются перенести разработку на кремниевую платформу, которая широко используется в производстве современных микросхем.

©  iXBT