Prosta konstrukcja bardzo czułych detektorów światła UV do masowego zastosowania w tanich urządzeniach do użytku domowego.

Dużym zagrożeniem zdrowotnym, szczególnie na południowej półkuli, jest ograniczenie lub zanik warstwy ozonowej filtrujące toksyczne promieniowanie UV. Tym samym poszukiwane są rozwiązania prowadzące do produkcji tanich, masowego użytku detektorów światła UV, nieczułych na obszar widzialny promieniowania słonecznego. Wiele z dostępnych rozwiązań jest albo za drogie (wyspecjalizowane struktury do zastosowań laboratoryjnych) lub niedające odczytu natężenia promieniowania.

Struktura detektora UV

Opracowano prostą konstrukcję bardzo czułych detektorów światła UV do masowego zastosowania w tanich urządzeniach do użytku domowego. „Sercem” proponowanego rozwiązania (opatentowanego przez nas) jest struktura detektora opartego o tlenek cynku z bardzo rozbudowaną powierzchnią wykonywana w bardzo tanim procesie technologicznym. Znaczące rozbudowanie powierzchni prowadzi do ultra wysokiej czułości naszego detektora przewyższającej tej dla detektorów wykonywanych na przykład na bazie azotku galu w procesach MBE lub MOVPE.

Selektywny detektor UV oparty na monokrystalicznych nanosłupkach ZnO cechuje się niezwykle wysoką czułością (0,05 W/m2) z krawędzią absorpcji w okolicach 400nm długości fali, jest zatem w stanie odróżnić światło z zakresu widzialnego od UV. Nanosłupki ZnO, stanowiące warstwę aktywną detektora, są wykonywane nową odmianą metody hydrotermalnej na izolującym elektrycznie podłożu (kwarc). Mechanizm detekcji oparty jest o powierzchniowe zjawiska adsorpcji i desorpcji pary wodnej i grup OH, dlatego użyciu nanosłupków zapewnia wysoką czułość.

Przy przejściu do pomiarów w próżni czułość detektora dodatkowo rośnie i zaczyna wówczas dominować mechanizm wzrostu liczby nośników na skutek optycznej generacji par elektron-dziura. Detektor nie wymaga czyszczenia czy wygrzewania przed kolejnym użyciem, oporność struktury wraca samoczynnie do wielkości wyjściowej na skutek adsorpcji grup OH z powietrza.

Wdrożenie detektora

Wynalazek jest obecnie przedmiotem badań i optymalizacji. Trwają prace nad możliwością zmiany krawędzi absorpcji z granicy UVA-VIS na UVA-UVB. Aktualnie są przygotowywane wnioski na projekty badawczo-wdrożeniowe.

Potencjalne wdrożenie wynalazku będzie miało szerokie efekty, zarówno ekonomiczne, jak i społeczne. Detektory UV są szczególnie poszukiwane dla ochrony życia i zdrowia w celu wykrywania intensywności promieniowania UVB pochodzącego ze słońca, gdzie wysoka czułość jest szczególnie ważna. Detektory UV mają również potencjał zastosowań militarnych, gdzie mogą być wykorzystane w rakietach przeciwlotniczych.

Proponowany wynalazek jest niezwykle prosty (bazuje jedynie na monitorowaniu właściwości elektrycznych struktury). Ponadto cechuje się tanim, bezpiecznym i szybkim sposobem wytwarzania (co umożliwia masową produkcję) oraz niezwykle wysoką czułością (0,05 W/m2), która może być jeszcze wyższa przy zastosowaniu struktury szczotkowej kontaktów elektrycznych, zamiast zastosowanych w badaniach, kontaktach punktowych.

Kontakt z Brokerem Technologii

Centrum Transferu Technologii, Instytut Fizyki PAN

 tel. +48 22 116 32 57
e-mail: ctt@ifpan.edu.pl