Светоизлучатели, фотодетекторы, конвер­торы светового излучения — области реального применения изобретения «высокоэффективный узконаправленный преобразователь света», на которое Государственному научному учреждению «институт физики имени Б. И. Степанова НАН Беларуси» выдан евразий­ский патент №010503, мПк: н01L31/02; 31/18. Изобретение сложное, включает в себя устрой­ство и способ его реализации. Формула изо­бретения состоит из 26 пунктов. 

Внештатный корреспондент журнала встретился с одним из авторов изобретения (соавторами являют­ся: С. Гапоненко, У. Воггон, М. Артемьев, Л. Гуринович, Н. Гапоненко, И. Молчан) — Андреем Лютичем — и провел с ним беседу. 

— Андрей Андреевич, расскажите, по воз­можности популярнее, об общей проблематике в «затронутых» изобретением областях науки и техники.

—  Сегодня предъявляются всё возрастающие требования к материалам и технологиям в микроэлек­тронике, без которой немыслимо развитие мировой электронной промышленности. Как нельзя кстати оказались здесь современные наноматериалы и нанотехнологии, применение которых позволяет не только существенного снизить материалоёмкость и энергопотребление микроэлектронных устройств, но и удешевить их серийное производство. Теперь почти у каждого ученого на слуху термины — «нано оптика», «наноэлектроника», «нанотехника». Это области, где оперируют с «наноразмерными» структурными элементами микроэлектронных устройств, то есть с объектами, размеры которых составляют миллионные доли миллиметра и даже меньше.

Сейчас повсеместно применяются разнообраз­ные средства оптического отображения информа­ции — индикаторные панели, табло, дисплеи. Это приборы длительного действия. Они должны быть надежны в эксплуатации, достаточно долговечны. Для их производства требуются новые, нетрадиционные материалы, новые конструкторские решения. Тради­ционные полупроводниковые материалы во многом уже исчерпали себя, а наноматериалы, физические свойства которых определяются их наноструктурой, предоставляют большие перспективы развитию микроэлектроники.

Уже лет десять-пятнадцать существует такой раздел фундаментальной науки, как нанофотоника. Ее предмет — изучение поглощения и испускания света в наноструктурах, выяснение особенностей его распространения и преобразования. Полученные научные результаты находят практическую реализа­цию, например, в системах связи, в оптических пре­образователях информации, в различных биочипах и биосенсорах. Без достижений фундаментальной физики, в частности квантовой физики полупрово­дниковых структур, было бы немыслимо получение этих практических   результатов. Чтобы особо не «напрягать» вашего чи­тателя, приходится со­знательно не применять в нашем разговоре таких физических терминов, как «квантоворазмерные эффекты», «квантовые ямы», «квантовые точки» и другие используемые в научном «обиходе» тер­мины.

—   Каковы цели, преследуемые изо­бретением?

— Основная цель изо­бретения – уйти от тра­диционных технических решений конструирования светопреобразующих систем. Раньше всё сводилось к поиску новых интенсивно люминесцирующих веществ, на основе которых создавались различные светопреобразующие покрытия. Однако, эти вещества имеют массу недостатков, главные из которых – фотохимиче­ская нестабильность, не всегда приемлемые спектраль­ные характеристики их светопоглощения и светоиспускания. Такие люминофоры скоро канут в вечность. На смену им приходят так называемые «квантовораз-мерные наноструктуры» — полупроводниковые нанокристаллы или кластеры. Эти нанокристаллы выбираются из группы полупроводниковых соедине­ний, например, таких как CdS, CdSe, ZnS, ZnSe или их сочетаний, легированных ионами металлов (например, Mn2+, Eu3+, Tb3+, Sm3+). Полученная на их основе плёнка является своеобразным «фотонным кристаллом», эффективно преобразующим световое излучение. Она как нельзя лучше конвертирует коротковолновое световое излучение (ультрафиолетовое, фиолетовое, синее) в длинноволновое (голубое, зеленое, жёлтое, оранжевое, красное). Это очень нужно для создания современных светоизлучателей и фотодетекторов. Здесь есть еще один очень важный момент. Сегод­ня мировой промышленностью серийно выпускаются многочисленные, порой дорогостоящие, микроэлек­тронные приборы. но прогресс не стоит на месте. Эти приборы нуждаются в усовершенствовании, в улучшении их параметров, что ведет к улучшению их потребительских качеств. Для этого не всегда нужно перестраивать производство на новый лад и повально заменять уже созданные микроэлектрон­ные приборы новыми. Порой бывает достаточно относительно недорогой модернизации этих приборов. наша разработка как раз и преследует эту цель. Она призвана повысить чувствительность серийно выпускаемых кремниевых фотоприемников в ультрафиолетовом диапазоне оптического спектра. Предложенное нами нанесение дополнительного на-ноструктурированного сенсибилизирующего покры­тия на кремниевые фотоприемники экономически выгодно, оно не нарушает отлаженного техно­логического процесса их производства. Этому способствовали удачно подобранные нами входящие в состав такого покрытия полупроводниковые нано-материалы, эффективно преобразующие длины волн падающего на фотоприемник светового излучения в нужный спектральный диапазон.

—  Каковы были поставленные авторами за­дачи и пути их решения?

—  Главной задачей изобретения являлось соз­дание рассчитанного на широкий спектральный диа­пазон оптического преобразователя с узкой угловой диаграммой его направленности, предназначенного для превращения коротковолнового светового излу­чения в длинноволновое. Подобные изобретения, как я уже отмечал, призваны снизить материалоёмкость, энергопотребление и себестоимость эксплуатации микроэлектронных устройств, повысить их быстродей­ствие. Для этих целей были созданы плёночные покры­тия с новыми, модифицированными свойствами.

запатентованное конвертирующее устройство представляет собой плёнку из прозрачного пористого направленно-структурированного материала (это мо­жет быть пористая мембрана, монослой мезотрубок, синтетический опал), содержащего распределенную в порах специально подобранную субстанцию, пре­образующую длину волны излучения. Эта субстанция — подобранные по спектрально-оптическим харак­теристикам легированные металлами нанокристаллы полупроводниковых соединений.

Конвертирующую световое излучение плёнку на­носили на светочувствительную площадку фотодетек­тора. В результате получен положительный эффект — резко повысилась чувствительность фотодетектора к коротковолновому, включая синее, фиолетовое и ультрафиолетовое, излучению.

В ближайшем будущем можно ожидать объявления с фото, которые по своим фото и оптическим параметром очень сильно шагнут вперед, особенно это будет интересно тем, кто любит продвигать объявления.

Наше изобретение позволяет разработать и наладить коммерческое производство, так на­зываемой, «полной линейки» узконаправленных индикаторных панелей различной цветовой гам­мы. При этом для «подсветки» такой «линейки» можно использовать лишь один источник света. В состав «линейки» могут входить следующие оптические приборы: индикаторы, концентраторы, конверторы, фотоприёмники и другие. Все они обладают улуч­шенными оптическими характеристиками в широком спектральном диапазоне.

—  Спасибо за интересный рассказ. Незави­симые специалисты в этой области отмечают, что перспективы применения ваших разработок велики.