Радиофизики ТГУ в рамках масштабного проекта создают детекторы для источника синхротронного излучения СКИФ и других проектов уровня «мегасайенс». Фоторепортаж из лаборатории детекторов синхротронного излучения ТГУ позволит ближе познакомиться с работой учёных.
– Изготовление полупроводниковых сенсоров ионизирующего излучения производится по технологии производства микроэлектронных компонентов, – рассказывает научный сотрудник лаборатории детекторов синхротронного излучения ТГУ Александр Зарубин. – Технологический маршрут включает в себя множество прецизионных операций, проводимых в чистых лабораторных помещениях на специальном оборудовании.
Фотолитография – самый тонкий процесс в изготовлении сенсоров, на этой стадии формируется топологический рисунок пиксельной структуры с помощью светочувствительного материала фоторезиста, который наносится на пластину методом центрифугирования.
После нанесения фоторезиста, на пластину помещается фотошаблон и происходит ее облучение ультрафиолетом на установке экпонирования.
Засвеченные участки фоторезиста легко удаляются в специальном проявителе, а не засвеченные служат маской для травления металлической пленки. Таким образом, после процесса химического травления и снятия уже не нужного фоторезиста на пластине остается топологический рисунок идентичный топологии фотошаблона. Операции фотолитографии проводятся в специальных обеспыленных помещениях, так как любая пылинка, осевшая на пластину, будет причиной выхода из строя как минимум одного, а чаще нескольких, рядом расположенных пикселей. Впоследствии это может негативно сказаться на качестве работы сенсоров.
После каждого цикла технологического процесса проводится визуальный контроль качества проведенных операций с помощью инспекционного микроскопа.
Перед формированием топологии сенсоров, пластины арсенида галлия, компенсированного хромом должны пройти стадию шлифовки и полировки для получения шероховатости рабочей поверхности до единиц нанометров и плоскостности в несколько микрометров, иначе сенсор будет невозможно собрать с чипами считывающей электроники. Процесс производится в несколько стадий, на которых меняются полировальные поверхности и суспензии.
Следующей стадией маршрута является химическая отмывка пластин перед формированием тонкопленочных покрытий. Обработка производится последовательно в смесях органических и неорганических растворителей, предварительно приготовленных в вытяжных химшкафах.
Формирование тонкопленочных покрытий происходит на установках вакуумного распыления. Требуемые металлы разогреваются в вакууме до температуры испарения, разлетаются по рабочей камере и формируют на пластинах металлическое покрытие заданной толщины. В дальнейшем, после процесса фотолитографии, данное покрытие превращается в матрицу чувствительных элементов сенсора.
Лабораторные образцы детекторов отравляются на тестирование в Институт ядерной физики им. Г.И. Будакера СО РАН. Здесь с 2022 года проводятся серии экспериментов, которые продолжатся в течение 2023 года.
Планируется, что детекторы синхротронного излучения, созданные в ТГУ, будут установлены на двух экспериментальных станциях СКИФа, относящихся первой очереди запуска.