Учёные РТУ МИРЭА представили вычислительную модель, которая ускорит создание новейших фотодетекторов с использованием ультратонких материалов. Эти перспективные устройства найдут применение в разнообразных сферах: от медицины и безопасности до освоения космоса.
Вдохновляющий потенциал двумерных покрытий
Фотодетекторы на основе структур вроде дисульфида молибдена (MoS₂) демонстрируют выдающуюся реакцию на свет при толщине всего в атомные слои. Однако их проектирование и доводка — непростая задача, требующая глубокого понимания внутренних процессов. Специалисты РТУ МИРЭА нашли решение: они создали компьютерную модель для прогнозирования рабочих параметров таких детекторов. Она интегрирует расчёты поглощения излучения и распределения электронных зарядов внутри наноматериала.
Цифровой двойник для прорывных разработок
«Наша модель действует как точная виртуальная копия реального устройства, — поясняет Сергей Лавров, к.ф.-м.н., старший научный сотрудник РТУ МИРЭА. — Она моделирует перемещение электронов в сверхтонких слоях под световым воздействием, охватывая влияние структурных дефектов, геометрических нюансов и материала. Это дает возможность прогнозировать характеристики детекторов исключительно точно, экономя силы и средства на экспериментальные циклы для каждого прототипа».
Точность прогноза и путь к оптимизации
Сильная сторона разработки — всеобъемлющее 3D-моделирование полной структуры светочувствительного транзистора, включая электроды и границы раздела фаз. Тестирование на базе дисульфида молибдена (MoS₂) показало впечатляющую точность: модель корректно предсказала, что рост толщины в 10 раз (с 4 нм до 40 нм) умножает фототок в тысячи раз. Это совпало с результатами лабораторных замеров, подтвердив надежность инструмента и его потенциал для создания сверхэффективных детекторов.
«Практическая ценность нашей работы — в способности совершенствовать устройства уже на этапе конструирования, — подчеркивает соавтор Андрей Гуськов. — Инженеры теперь могут моделировать и выбирать лучшую толщину слоя, структуру электродов и контактную топологию для пиковой чувствительности. Каждый выигранный процент в характеристиках крайне важен для эффективности промышленного выпуска и конкурентоспособности продуктов».
Новинка эффективно устраняет ключевое препятствие для нанотехнологий: неустойчивость свойств приборов. Модель фиксирует влияние даже мельчайших изменений в структуре, что критически значимо для масштабирования производства. Публикация в журнале Modelling привлекла внимание мировой науки. Эта разработка вселяет уверенность в создании высокотехнологичных устройств завтрашнего дня.
