Создан инфракрасный сенсор с двумя механизмами регистрации излучения

Новый детектор, разработанный международным коллективом с участием российских учёных, умеет улавливать инфракрасное излучение сразу двумя способами: как обычный фотоприёмник и как тепловой датчик. Он способен точнее распознавать объекты и материалы по температурному следу, в том числе в дыму, тумане и пыли.

В основе сенсора лежат монокристаллы теллурида свинца, в которых совместили два принципа работы. При облучении с длиной волны 2–5 мкм устройство функционирует как фотодиод, а при излучении 10,6 мкм включается барьерный пироэлектрический эффект. Обычно такие датчики используют только один из этих механизмов.

Авторы объяснили, что теллурид свинца в стандартном состоянии не проявляет пироэлектрических свойств из-за центра симметрии в кристаллической решётке. Добавление примеси индия и создание p–n-перехода сформировали внутри электрическое поле, которое нарушило локальную симметрию и сдвинуло ионные подрешётки. Это дало сильный сигнал при энергии ниже ширины запрещённой зоны, не лишив материал обычных фотоэлектрических характеристик.

Образцы протестировали при температурах от −233 до −83 °C. Зафиксированы высокая чувствительность в фотоэлектрическом режиме, стабильный тепловой отклик и надёжность при длительной работе. По мнению исследователей, такая схема пригодна для компактных матричных сенсоров, тепловизоров, систем наблюдения и промышленной диагностики.

Расширенный спектральный диапазон отличает новинку от детекторов на основе арсенида галлия, фосфида индия и антимонида индия. В перспективе это может пригодиться в камерах ИК-диапазона, спектрометрах и приборах для работы в условиях оптических помех. Статья вышла в Journal of Applied Physics; проект поддержали Российский научный фонд и Министерство науки и высшего образования.