Всю вторую половину прошлого года в Лаборатории Резерфорда (Rutherford Appleton Laboratory, Оксфорд, Англия) проводились испытания матричных детекторов ионизирующих излучений, созданных учеными радиофизического факультета ТГУ. Результаты получились настолько впечатляющими, что представители лаборатории решили приехать в Томск и увидеть все своими глазами.

Впрочем, данная разработка томских ученых попала в поле зрения Лаборатории Резерфорда не в первый раз. В середине 90-х годов прошлого века научное сообщество упорно искало пути создания координатных детекторов ионизирующего излучения для большого адронного коллайдера (LHC) в ЦЕРН (Швейцария). Одним из многообещающих материалов для данных детекторов был полупроводник арсенид галлия. Занимались этим и на кафедре полупроводниковой электроники РФФ.

Ставка на арсенид галлия
– Волею случая нам быстро удалось получить детектор, который превосходил зарубежные аналоги по своим характеристикам – рассказывает руководитель научной группы профессор Олег Толбанов. – Они тогда проходили испытания на радиационную стойкость, в том числе и в Лаборатории Резерфорда, и показали очень хороший результат. Но в то время обстановка в России была нестабильной, отношение к ней настороженное, и сотрудничество с нами не приняли всерьез. А потом было принято решение закрыть и всю арсенид-галлиевую программу, как не оправдавшую надежд. Акцент сделали на кремниевые детекторы, которые сейчас и используются в физических экспериментах LHC, а в последнее десятилетие активно развивают кадмий-теллуровые детекторы.
Но томские ученые решили не отказываться от арсенида галлия и продолжили разработку детекторов на его основе. За прошедшие 20 лет технология была отработана почти до промышленного уровня, значительно повысилось их качество, созданы десятки вариантов детекторов для разных областей применения.
– Первые детекторы мы создавали фактически «на коленке», а потом в 2000 году получили два гранта по международной программе INTAS и выиграли крупный международный проект ISTC – в сумме это составило более одного миллиона долларов. Тогда это были просто огромные деньги – вспоминает Олег Петрович. – Это позволило нам на зарубежные средства за два-три года развить технологию создания детекторного материала, не имеющего аналогов в мире. А в последние годы мы начали делать уже не единичные, а матричные детекторы, которые по потребительским свойствам превосходят лучшие зарубежные аналоги. Технология создания материала и производства нашего детектора оформлена как ноу-хау, которое принадлежит ТГУ.
И их не могли не заметить. Публикации ученых ТГУ в международных журналах, доклады на конференциях заинтересовали зарубежных коллег, и в 2013 году Лаборатория Резерфорда взяла образец арсенид-галлиевого детектора для испытания. А теперь, побывав в Томске и увидев, что здесь не просто разработана, а уже выпускается эта уникальная продукция для заказчиков, руководитель детекторной группы Пауль Селлер и ведущий исследователь доктор Мэтью Валуе решили, не без пользы для себя, помочь в ее продвижении на зарубежный рынок. Они считают, что детекторы, созданные томскими учеными, являются наиболее перспективными для регистрации синхротронного излучения в мега-проектах нового поколения. Например, в XFEL (X-Ray Free Electron Laser) – рентгеновском микроскопе для исследования процессов, происходящих на уровне атомов (Гамбург, Германия). Для него понадобятся детекторы, которые бы работали устойчиво достаточно длительное время при большой интенсивности рентгеновского излучения. И одним из претендентов на эту роль вполне может стать разработка томских радиофизиков.

Сплошные плюсы
Научная интуиция не подвела ученых РФФ, и сегодня они оказались единственными, кто может предложить миру совершенно новый класс детекторов, отвечающих современным требованиям. И кремниевые, и кадмий-теллуровые имеют серьезные недостатки, которые сдерживают исследования микромира. Кремний является «прозрачным» для излучения современных синхротронов. В результате оно проходит сквозь кремниевый детектор и постепенно выводит из строя расположенную за ним электронику. Приходится ее менять, а удовольствие это не из дешевых. Другой детектор – из кадмия-теллура – радиационностойкий, но рентгеновское излучение поляризует его, что делает изображение размытым. И только арсенид-галлиевые детекторы на сегодняшний день наиболее свободны от этих недостатков, благодаря им получается более четкое изображение, что и показали испытания, проведенные в Англии. Другой немаловажный плюс – себестоимость таких детекторов почти в 60 раз меньше кадмий-теллуровых благодаря более дешевым материалам и технологии изготовления.
– И что еще очень важно, – добавляет Олег Толбанов, – максимальный размер шайбы, в который может вписаться стандартный детектор – три дюйма. Мы же сейчас нацелены на создание детекторов на основе четырех дюймов, такого пока еще никому не удавалось. Хорошая однородность материала, отсутствие поляризации, возможность изготавливать детекторы большого размера – все это выводит Россию и Томск на передовые позиции в области полупроводниковых детекторов для современных физических экспериментов на существующих коллайдерах и синхротронах следующего поколения.

В лабораторных условиях
А незадолго до приезда представителей Лаборатории Резерфорда на РФФ произошло еще одно событие, имеющее непосредственное отношение к разработчикам детекторов – на базе учебно-научно-инновационного центра «Полупроводниковые сенсоры» была создана лаборатория функциональной электроники, руководителем которой стал профессор Толбанов. Сам УНИЦ появился при кафедре полупроводниковой электроники еще в 2001 году и был первым подобным подразделением на РФФ, в его состав, наряду с сотрудниками, вошли и многие аспиранты, магистранты, студенты кафедры. Здесь, собственно, и занимались разработкой детекторов. За 13 лет центр превратился в современную научно-производственную площадку с дорогостоящим оборудованием, приобретенным в рамках ИОП и программы НИУ. И вот теперь на его месте появилась лаборатория. Но это не было лишь сменой вывески в свете структурных преобразований, которые происходят сейчас в ТГУ.
– Просто он свою задачу уже выполнил – объясняет Олег Петрович причину реструктуризации. – У нас была тогда цель – выжить, сделать новую технологию, развить ее до мелкосерийного производства. Теперь перед нами стоят уже другие задачи – выйти на зарубежный рынок, стать узнаваемыми. Мы сейчас стараемся активно интегрироваться в международное научное сообщество, а для этого нужны новые методы, новые подходы.
И как бы в подтверждение своих слов Олег Петрович сообщил, что 24 марта к ним приезжают представители швейцарской фирмы Dectris Ltd, поставляющей оборудование, в том числе для ЦЕРН. Томские детекторы заинтересовали и их.
По мнению руководства университета, среди создаваемых сегодня в ТГУ лабораторий около 20 уже реально работают на международном уровне. И лаборатория функциональной электроники, без сомнения, одна из них.

Наталья Шарапова