Сенсорное комьюнити: ТГУ делает сенсоры для мощнейшего синхротрона

ТОМСК, 30 июнь – РИА Томск. Центр исследований и разработок "Перспективные технологии в микроэлектронике" Томского госуниверситета (ТГУ) реализует проект по изготовлению сенсоров и оптимизацию технологии сенсорных пластин для синхротрона СКИФ (Новосибирск).

По словам ученых ТГУ, в России пока нет собственной специализированной электроники для считывания сигналов с сенсоров. В рамках гранта они разработают ее прототип. Подробнее об этой работе РИА Томск рассказал заведующий лабораторией детекторов ионизирующего излучения Центра ТГУ Антон Тяжев.

СКИФ и сенсоры

Как ранее сообщало РИА Томск, СКИФ – это Сибирский кольцевой источник фотонов. Его строительство началось в 2021 году в наукограде Кольцово Новосибирской области. СКИФ – первый на планете источник синхротронного излучения класса 4+. Такие установки необходимы для изучения атомной структуры веществ.

Также сообщалось, что ученые ТГУ разрабатывают новые сенсоры – одну из важнейших составляющих детекторов, которые будут регистрировать излучение самого мощного в мире источника синхротронного рентгеновского излучения СКИФ. Эти детекторы будут в тысячу раз устойчивее к радиационной нагрузке, потому что их базой станут не кремниевые сенсоры, используемые в синхротронах других стран, а арсенид-галлиевые.

Технология изготовления арсенид-галлиевых сенсоров, обладающих высокой чувствительностью к рентгеновскому излучению, – изобретение радиофизиков ТГУ. Их сенсоры используются в экспериментах, проводимых на базе коллайдеров и синхротронов DESY (Германия), ESRF (Франция), CERN (Швейцария), SLAC (США), DLS (Великобритания)

Первая партия сенсоров ТГУ для СКИФа уже передана в новосибирский Институт ядерной физики (ИЯФ) СО РАН, который занимается изготовлением оборудования для синхротрона в Новосибирске. В совокупности томские сенсоры и электроника ИЯФ – это один из главных узлов синхротрона.

Наличие у России своей установки класса мегасайенс позволит создавать новые материалы с уникальными свойствами для обороны и национальной безопасности, биомедицины, новой энергетики и других областей промышленности, науки, здравоохранения.

Вклад ученых ТГУ

В структуре Томского госуниверситета работает Центр исследований и разработок "Перспективные технологии в микроэлектронике" – преемник всем известного в Томске Сибирского физико-технического института (СФТИ). На протяжении многих лет здесь велись работы по разработке сенсоров для детекторов, необходимых синхротронным центрам всего мира.

Сегодня детекторы, созданные с участием ТГУ, используются практически во всех таких центрах – томские ученые разработали десятки необходимых сенсоров. Однако им не предоставлялось возможности создавать не просто сенсоры, а готовые детекторы. Сегодня же такой проект реализуется – благодаря правительственному гранту.

Центр "Перспективные технологии в микроэлектронике" ТГУ вместе с Новосибирским институтом ядерной физики выиграли правительственный грант на изготовление сенсоров и оптимизацию технологии сенсорных пластин для синхротрона СКИФ.

– Антон Владимирович, как раньше складывалась работа в части разработки сенсоров?

– Работали таким образом: нам приходили заказы на изготовление сенсоров, в основном от зарубежных заказчиков, мы их делали и отправляли дальше. Заказчик на основе наших сенсоров изготавливал детекторы или системы регистрации рентгеновского излучения для работы в различных синхротронных центрах по всему миру.

Этот опыт привел нас к желанию разработать детекторы с высокими техническими характеристиками, которые будут использовать на отечественном синхротроне. В прошлом году мы заявились на грант программы государственной поддержки синхротронных исследований. И получили финансирование на трехлетний проект.

Это значит, что наконец-то мы сможем реализовать идеи по разработке отечественных детекторов на основе наших сенсоров. Это возможность показать наш уровень. В рамках проекта повысим квалификацию и получим опыт создания уже законченных систем. Хороший вектор для дальнейшего развития.

– В чем преимущество ТГУ в секторе разработки сенсоров и детекторов?

– Любой успех обусловлен существующей потребностью. В мире есть потребность в специализированных сенсорах для исследований с использованием синхротронного рентгеновского излучения. Это первое. Второе – отсутствие внятного предложения со стороны других игроков. Образовалась ниша.

Третье – высокая квалификация и уровень ученых ТГУ. Поскольку речь идет про сенсоры – микроэлектронное полупроводниковое производство – здесь участвуют специалисты ТГУ и других томских университетов из разных областей: физики, электронщики, химики. Такой круг профессий позволяет создавать работающие и востребованные разработки.

– Известно, что СКИФ будет уникальным научным центром. Какие именно задачи он поможет решить?

– Это большой круг вопросов исследовательского плана, касающихся совершенно разных областей. Например, материаловедения. Дело в том, что рентгеновская дифракция (процесс, который можно выполнить на оборудовании в СКИФ, для которого как раз и нужны наши сенсоры и детекторы) широко используется при исследовании свойств материалов.

На СКИФе можно создать экспериментальные условия, близкие к тем, что существуют в недрах большой звезды, и затем посмотреть, как материи ведут себя в созданных условиях.

Могут проводить исследования в интересах фармакологии, когда изучают структуры молекул новых лекарственных препаратов.

Круг очень большой – от задач физики до медицинских, биологических и материаловедческих работ. СКИФ – это уникальный научный инструмент, который полезен для любых фундаментальных и прикладных научных исследований во всех областях знаний.

– Что именно сделает команда вашего проекта за три года действия гранта?

– Работы расписаны на 2022-2024 годы. Их стоимость –120 миллионов рублей (90 миллионов – грант, 30 миллионов – софинансирование со стороны ТГУ). Сумма достаточная для того, чтобы не просто построить модель, не имеющую вещественного наполнения, а создать прототип и улучшить существующие технологии по изготовлению сенсоров.

Наш Центр будет работать над улучшением характеристик существующих сенсоров – как на уровне исходного материала, так и на уровне топологии сенсора, создания различных элементов контактов. Причем будем рассматривать каждый этап проекта с позиции импортозамещения.

Итак, будем работать над улучшением материалов (собственно, сами сенсоры), созданием специализированных интегральных микросхем для считывания сигналов с сенсоров и системы сбора и передачи данных в компьютер. На выходе будем иметь детектор. В дальнейшем этот опыт может быть использован для организации различного опытного производства таких детекторов внутри России.

По сути, это будет один-два прототипа детекторов, которые в будущем будут базой – то есть с помощью доработки их можно будет трансформировать под те или иные задачи. А на СКИФе наши детекторы будут работать в составе системы рентгеновской дефрактометрии.

– Что будет сделано в 2022 году?

– Запланировали и уже делаем работы по оптимизации технологии изготовления пластин арсенида галлия и сенсоров на их основе. В скором времени приступим к разработке технического задания на специализированную интегральную микросхему считывания сигналов с сенсоров. И также будет выполнена подготовительная работа по разработке специального оборудования, которое позволить лучше контролировать процесс изготовления сенсоров.

– На ваш взгляд, почему для СКИФа был выбран опыт ТГУ?

– Могу предположить, что сыграл наш опыт участия в различных международных проектах, посвященных схожим тематикам. Кроме того, ТГУ в контексте сенсоров достаточно узнаваем в мире. Наши сенсоры были поставлены практически во все зарубежные исследовательские центры, которые используют синхротронное рентгеновское излучение.