Модель для сверхчувствительных датчиков будущего создали российские ученые

Исследователи из РТУ МИРЭА создали модель, которая поможет в разработке новых поколений фотодетекторов на основе двумерных материалов. Эти устройства смогут использоваться в самых разных областях — от медицинской диагностики до систем безопасности и космических технологий.

Источник фото: пресс-служба РТУ МИРЭА

Фотодетекторы на основе двумерных материалов, таких как дисульфид молибдена (MoS₂), обладают невероятной чувствительностью к свету для своей толщины всего в несколько атомов. Однако их создание и оптимизация — сложная задача, требующая точного понимания физических процессов внутри материала. Ученые РТУ МИРЭА предложили решение: они разработали компьютерную модель для предсказания рабочих характеристик подобных устройств, которая объединяет расчеты поглощения света и движения электронов в материале.

«Наша модель работает как цифровой двойник реального устройства — она позволяет просчитать поведение электронов в ультратонких материалах под действием света, учитывая структурные дефекты, геометрические особенности и неидеальности материала, которые могут влиять на работу устройства, — объясняет Сергей Лавров, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник кафедры наноэлектроники РТУ МИРЭА. — Это позволяет предсказывать поведение фотодетекторов с высокой точностью без необходимости проведения дорогостоящих экспериментальных исследований для каждого нового устройства».

Ключевая особенность разработки — комплексное трехмерное моделирование всей структуры фототранзистора, включая электроды и интерфейсы. Для валидации модели исследователи использовали хорошо изученный дисульфид молибдена (MoS₂). Расчеты показали, что увеличение толщины материала в 10 раз (с 4 до 40 нм) приводит к тысячекратному росту фототока, что согласуется с экспериментальными данными. Это подтверждает точность модели и открывает возможности для оптимизации высокочувствительных фотодетекторов.

«Практическое значение разработки заключается в возможности оптимизации параметров устройств еще на стадии проектирования, — отмечает соавтор работы Андрей Гуськов. — Модель позволяет инженерам подбирать оптимальную толщину материала, тип электродов и геометрию контактов для достижения максимальной чувствительности. Это особенно важно для промышленного производства, где каждый процент улучшения характеристик может существенно повлиять на конкурентоспособность готового изделия».

Разработка уже сейчас помогает решить одну из главных проблем наноприборов – нестабильность и непредсказуемость их характеристик. Модель учитывает влияние даже минимальных изменений структуры материала, что критически важно для массового производства. Исследование, опубликованное в научном журнале Modelling, уже вызвало интерес международного научного сообщества. Разработка российских ученых открывает новые горизонты для создания высокотехнологичных устройств следующего поколения.

Источник информации и фото: пресс-служба РТУ МИРЭА