Открытие команды ученых из Университета Северной Каролины стало следствием работы ученых с нитридом алюминия — полупроводником с очень широкой запрещенной зоной. Благодаря этому свойству нитрид алюминия может применяться в электронных устройствах, рассчитанных на высокие мощности. Теоретически, его также можно использовать в экстремальных средах, например, в условиях радиационного облучения.

Для того чтобы проверить эту теорию, исследователи изучили явление, известное как «одиночный радиационный пробой» (single-event burnout, SEB). Оно возникает, когда под воздействием радиации одна высокоэнергетическая частица вызывает катастрофический отказ электронного устройства, приводя к его полной неработоспособности и структурным повреждениям. SEB происходит в тех случаях, когда на устройство, подвергающееся радиационному облучению, подается высокое напряжение. При этом разные устройства способны выдерживать разный уровень напряжения, прежде чем произойдет такой пробой.

«Конструкция устройства влияет на то, какое напряжение может выдержать полупроводниковый материал до наступления SEB, — сказал Кристиан Киньонес, автор-корреспондент научной статьи. — Поэтому, если вы хотите сравнить характеристики разных материалов, нужно ориентироваться не на напряжение, а на напряженность электрического поля. Сравнив показатели AlN с другими полупроводниками, мы обнаружили, что нитрид алюминия способен выдерживать значительно более высокие значения напряженности поля».

Чтобы лучше понять наблюдаемые явления, исследователи сравнили экспериментальные данные с имеющейся информацией о возникновении SEB в других материалах. И разработали комптютерную модель, объясняющую физические механизмы, лежащие в основе пробоя, сообщает Techxplore.

«Раньше мы знали, что SEB происходит, и могли проверить устойчивость устройства к этому явлению, — отметил Киньонес. — Но теперь мы понимаем, почему это происходит».

При воздействии радиации на устройство через его материал проходят тяжелые ионы. Они генерируют носители заряда, а под действием приложенного к устройству напряжения положительные и отрицательные заряды разделяются. Это приводит к возникновению локализованного электрического поля. Когда напряженность этого поля достигает критического значения, запускается лавинообразный процесс движения электронов, что сопровождается высвобождением большого количества энергии в очень малом объеме. Иными словами — происходит взрыв.

Исследователи проверили свою аналитическую модель, сопоставив ее с данными о SEB, полученными для других устройств и материалов, и убедились, что модель хорошо описывает имеющиеся результаты.

Авторы полагают, что созданная ими модель станет ценным инструментом при разработке устройств для самых разных областей: от ядерной энергетики и освоения космоса до биомедицинских технологий и экспериментов в сфере управляемого термоядерного синтеза.

Алмазы обладают превосходными физико-механическими свойствами, которые обеспечивают отличную работоспособность алмазных детекторов под действием радиации. В прошлом году японская компания Orbray объявила о разработке передового детектора радиоактивного излучения на основе высококачественной монокристаллической алмазной подложки большого диаметра.