Naukowcy WAT rozwijają nowoczesne technologie półprzewodnikowe

Wojskowa Akademia Techniczna prowadzi zaawansowane prace nad półprzewodnikami wykorzystywanymi do konstruowania detektorów umożliwiających m.in. wykrywanie nowotworów na podstawie różnicy w temperaturze tkanek lub składu pierwiastków odległych gwiazd. Z dr. inż. Jarosławem Wróblem, kierownikiem projektu, który ma na celu opracowanie nowych koncepcji charakteryzacji transportu kwantowego w złożonych heterostrukturach półprzewodnikowych rozmawia Marcin Wrzos.

Czym właściwie są półprzewodniki?

To grupa materiałów, która zrewolucjonizowała zarówno przemysł, jak i nasze codzienne życie. Ich popularność wynika z nieustannej potrzeby miniaturyzacji rzeczy, które nas otaczają. Tak było m.in. w przypadku pierwszych układów logicznych, które pracowały kiedyś na układach mechanicznych lub później lampach i zajmowały całe pokoje. Dzisiaj grubość ludzkiego włosa jest czymś ogromnym w porównaniu z wymiarem jednej bramki logicznej wykonanej z materiałów półprzewodnikowych. Jest to możliwe dlatego, że ta klasa materiałów umożliwia przełączanie sygnałów elektrycznych w zależności od tego jaki zestaw sygnałów pobudzających podłączymy do jego wejścia. Naukowcy dość szybko zorientowali się, że istnieje możliwość wytwarzania różnych układów przełączających na tym samym kawałku materiału półprzewodnika, budowania z nich sekcji funkcjonalnych, a sekcji funkcjonalnych w całe układy obliczeniowe.

Gdzie znalazły zastosowanie?

Są wszędzie, bo teraz nawet budzik czy szczoteczka do zębów jest „inteligentna” i koniecznie musi coś liczyć w tle. Oznacza to, że rynek jest ogromny i będzie jeszcze większy, bo już zaczynają wchodzić do codziennego zastosowania rzeczy zgodne z koncepcją „Internetu rzeczy”.

Nasza grupa zajmuje się małym fragmentem całości zagadnień związanych z półprzewodnikami. Najbardziej interesują nas takie, które w efektywny sposób reagują elektrycznie na sygnał optyczny z zakresu promieniowania podczerwonego. Dzięki tej właściwości umożliwiają one konstruowanie detektorów, wykorzystywanych później do akwizycji sygnałów, z których można rozpoznać różnicę temperatur tkanek zdrowych i nowotworowych bez ich wycinania, skład chemiczny substancji, a nawet odległych gwiazd, obecność narkotyków w torbie bez jej otwierania i wiele innych rzeczy.

Skąd pomysł na projekt?

Inspiracją do jego napisania były zaobserwowane przeze mnie możliwości techniki pomiarowej znanej w literaturze jako „analiza widm ruchliwości” (ang. mobility spectrum analysis – MSA). Jej główna użyteczność polega na dokładnym wnioskowaniu o tym jak transportowany jest ładunek elektryczny w materiałach półprzewodnikowych. Przy czym precyzja tego wnioskowania jest znacznie większa niż w typowych technikach do wnioskowania o parametrach transportu elektronowego.

Co przesądziło o złożeniu wniosku?

Po głębszym przeanalizowaniu założeń techniki pomiarowej MSA zrozumiałem, dlaczego tylko kilka ośrodków na świecie zajmowało się nią w sposób regularny. Poza główną zaletą, polegającą na znacznie większym potencjale do wnioskowania o badanych materiałach i przyrządach półprzewodnikowych, ma szereg wad. Największą z nich jest skomplikowana preparatyka próbek, czasochłonność całego procesu zbierania i przetwarzania danych oraz interpretacji końcowej postaci wyników. Uznałem, że zadanie jest na tyle trudne i kosztochłonne, że idealnie spełnia kryterium odstraszania przed prostym naśladownictwem badaczy idących na skróty. Warto było zatem podjąć próbę zbudowania grupy badawczej wokół tego rdzenia tematycznego.

Całą rozmowę przeczytasz w cyklu Nauka i technologia.