Учени измислиха метод за повишаване на чувствителността на обикновените термовизионни устройства, използвайки нов тип миниатюрен транзистор. Разработката има потенциал значително да подобри точността на устройствата за нощно виждане, роботите и автономните навигационни системи.
Технологията увеличава температурния коефициент на съпротивление на сензорите от приблизително 10% до 150% на Келвин, според публикация за изследването, ръководено от професор Фънниан Ся, в научното издание Nature Sensors.
Учените са използвали двутерминален NPN транзистор (електронен компонент, способен да усилва сигнали в електрически вериги) за да подобрят производителността на съществуващите термовизионни сензори.
Съвременните термовизионни устройства обикновено работят на един от два принципа. По-точните системи използват фотонни детектори, които директно откриват светлинни частици в инфрачервения диапазон, но изискват охлаждане до много ниски температури и са скъпи. Такива устройства се използват предимно във военна техника и специализирани системи.
По-достъпен вариант са микроболометрите, които преобразуват топлината от инфрачервеното лъчение в промяна в електрическия сигнал. Те се използват в преносими термовизионни камери, пожароизвестителни системи и оборудване за наблюдение.
Чувствителността на микроболометрите обаче е по-ниска от тази на охлажданите фотонни детектори поради ограниченията на използваните материали, най-често ванадиев оксид и аморфен силиций.
Ключовият проблем с тези материали е ниският им температурен коефициент на съпротивление (TCR) – мярка за това колко се променя електрическото съпротивление на дадено вещество с промяна на температурата. Колкото по-висок е TCR, толкова по-лесно е за сензора да открие малки промени в нагряването.
Вместо да търсят нов материал, учените добавили транзистор към съществуващия дизайн. Според водещия автор на изследването, Джиажен Чен, транзисторът създава обратна връзка между носителите на заряд (частици, които пренасят електрически ток), като така подобряват температурната зависимост на съпротивлението и позволяват програмиране на чувствителността на сензора.
След тази модификация температурният коефициент на съпротивление се е увеличил от приблизително 10% на 150% на всеки Келвин. Това позволява на термичните сензори да откриват по-добре топлинно излъчване от околните обекти, без да е необходимо използване на сложни охладителни системи.
На следващ етап екипът планира да създаде напълно функционални устройства, базирани на тази технология, включително сензори за записване на средни инфрачервени дължини на вълните.
Учените също така планират да пренесат разработката си върху силициева платформа, която се използва широко в производството на съвременни микрочипове.
