Революция тепловизоров: транзисторы нового типа повысили точность в 15 раз

В мире современных технологий значение приборов ночного видения и тепловых датчиков растет с каждым днем. Ученым удалось резко повысить чувствительность традиционных тепловизоров за счет разработки транзистора нового типа малого размера. Ожидается, что это открытие положит начало новой эре не только в военной сфере, но и в робототехнике, а также в навигации автономных транспортных средств. Об этом сообщает Иксбт.ком сообщает об этом.

Результаты этой работы, проведенной группой исследователей под руководством профессора Фэннянь Ся (Фенгниан Ксиа), были опубликованы в авторитетном журнале Натуре Сенсорс. Для расширения возможностей существующих тепловых сенсоров исследователи использовали двухконтактный НПН-транзистор. Этот электронный компонент обладает свойством усиления сигналов в электрических цепях, что кардинально улучшает реакцию сенсоров на изменение температуры.

Преодоление технологических барьеров

В настоящее время тепловизоры работают в основном на двух принципах. Системы с самой высокой точностью используют фотонные детекторы, однако они очень дороги и требуют специальных систем охлаждения для работы. По этой причине они в основном используются в специализированной военной технике. Второй тип — микроболометры, они дешевле и применяются в портативных устройствах, включая системы пожарной безопасности. Однако их чувствительность была значительно ниже, чем у фотонных детекторов.

Основа проблемы заключалась в низком температурном коэффициенте сопротивления (ТКР) материалов. Этот показатель определяет, насколько сильно меняется электрическое сопротивление вещества при изменении его температуры. Чем выше ТКР, тем быстрее и точнее сенсор может уловить даже малейшее изменение тепла. По данным Иксбт.ком, у традиционных материалов, таких как оксид ванадия и аморфный кремний, этот показатель был ограничен.

Новый подход и результаты

Вместо поиска новых материалов ученые выбрали путь добавления транзистора в существующую конструкцию. Ведущий автор работы Цзячжэнь Чэнь (Джиажен Чен) объясняет, что транзистор создает обратную связь между носителями заряда. Это искусственно усиливает зависимость сопротивления от температуры и позволяет программировать чувствительность сенсора.

В результате этой модификации температурный коэффициент увеличился с 10 до 150 процентов на каждый кельвин. Этот показатель означает, что точность тепловизоров выросла почти в 15 раз. Самое важное, что такого высокого результата удалось достичь без сложных и дорогих систем охлаждения, что позволит снизить себестоимость устройств и сделать их массовыми.

Авторы проекта планируют в будущем создать на основе этой технологии полноразмерные устройства. На следующем этапе предусмотрен перенос датчиков на кремниевую платформу, широко используемую в производстве современных микросхем. Это откроет возможность интеграции тепловизоров нового типа в смартфоны и другие бытовые гаджеты.