Opracowanie w Wojskowej Akademii Technicznej elementu detekcyjnego dla pierwszej polskiej matrycy pracującej w długofalowym zakresie promieniowania podczerwonego zostanie sfinansowane przez Narodowe Centrum Nauki. Na badania nad zaawansowanym technologicznie detektorem dla urządzenia termowizyjnego, które przyczyni się do poprawy naszego bezpieczeństwa, naukowcy otrzymają 1,7 mln złotych. Projekt realizowany będzie w konsorcjum z firmą VIGO Photonics S.A.
Projekt naukowców WAT i VIGO ukierunkowany jest na opracowanie na bazie półprzewodników z grupy AIIIBV elementu aktywnego – detektora fotonowego – na potrzeby matrycy dalekiej podczerwieni. Kluczem do sukcesu będzie dokładne zrozumienie fizyki zjawisk fotoelektrycznych w tego typu strukturach oraz ich wszechstronna analiza eksperymentalna wsparta symulacjami numerycznymi wykonanymi przy pomocy programów komputerowych.
„Prowadzone w ramach projektu badania będą miały nie tylko duże znaczenie poznawcze, ale pozwolą na opracowanie w przyszłości pierwszej polskiej matrycy detektorów pracujących w długofalowym zakresie promieniowania podczerwonego i konstruowanych w oparciu o nie urządzeń termowizyjnych spełniających wymogi najbardziej zaawansowanych zastosowań, w tym militarnych” – mówi płk prof. dr hab. inż. Małgorzata Kopytko z Wydziału Nowych Technologii i Chemii WAT.
Promieniowanie podczerwone, które emitowane jest przez wszystkie ciała, to promieniowanie elektromagnetyczne niewidzialne dla ludzkiego oka, o długościach fal większych od długości fali światła czerwonego. Matryca detektorów rejestruje promieniowanie podczerwone wysyłane przez ciała, a jego maksimum przypada na określony przedział długości fal, zależny od ich temperatury. Im niższa temperatura ciała, zakres długości fal promieniowania cieplnego wysyłanego przez to ciało znacznie wykracza poza przedział widziany dla ludzkiego oka. Promieniowanie cieplne może osiągać maksimum natężenia dla długości fal odpowiadającym promieniowaniu mikrofalowemu – przykładem jest promieniowanie reliktowe Wszechświata. Ciała o temperaturze zbliżonej do temperatury pokojowej emitują promieniowanie cieplne w zakresie dalekiej podczerwieni. Promieniowanie emitowane przez ciało ludzkie osiąga wartości szczytowe przy długości fali między 9 a 10 μm.
„Urządzenia termowizyjne, czy precyzyjniej kamery konstruowane w oparciu o matryce detektorów pracujących w długofalowym zakresie widma promieniowania podczerwonego (8 — 14 μm), pozwalają prowadzić obserwację otoczenia w ciemności, we mgle, dymie a nawet deszczu i w odróżnieniu od noktowizorów nie wymagają żadnego oświetlenia. Przydają się także służbom policyjnym i wojskowym do wykrywania osób, m.in. nielegalnie przekraczających granicę” – tłumaczy prof. Małgorzata Kopytko.
Najbardziej zaawansowane urządzenia obecnie bazują na technologii opartej o tellurek kadmowo-rtęciowy (HgCdTe). Daje on możliwość zastosowania tzw. „inżynierii przerwy energetycznej” do projektowania struktury przyrządów optoelektronicznych opartych o heterostruktury czy detektorów pracujących jednocześnie w dwu zakresach widmowych. Normy środowiskowe ograniczają jednak wykorzystanie metali ciężkich, takich jak rtęć (Hg), kadm (Cd) i tellur (Te).
„Istnieje pilna potrzeba opracowania alternatywy dla HgCdTe. Dla zakresu długofalowego podczerwieni, półprzewodniki z grupy AIIIBV, takie jak supersieci typu II-go InAs/InAsSb, w połączeniu z półprzewodnikami o szerokich przerwach energetycznych, na przykład z AlGaAsSb, są technologiami konkurencyjnymi i dają możliwość wytwarzania urządzeń detekcyjnych o wysokich parametrach detekcyjnych dla szerokiego zakresu promieniowania elektromagnetycznego” – mówi prof. Kopytko.
Projekt wpisuje się w Dyrektywę Unii Europejskiej w sprawie ograniczenia substancji niebezpiecznych (RoHS) – w tym przypadku metali ciężkich, takich jak Hg, Cd i Te, w sprzęcie elektronicznym. Dofinansowanie projektu „Międzypasmowy detektor kaskadowy z półprzewodników grupy AIIIBV na potrzeby matrycy dalekiej podczerwieni” w konkursie OPUS 26 wyniesie 1 702 173 złotych.
Marcin Wrzos
fot. Katarzyna Puciłowska