Ученые предложили новый материал для создания силовой электроники, которую можно устанавливать на орбитальные аппараты. Этот полупроводник на основе оксидов галлия и алюминия лучше переносит воздействие космической радиации. Статья опубликована в журнале Acta Astronautica.
Планета Земля окружена искусственными спутниками разных назначений: научными, военными аппаратами, спутниками связи. В 2020 году общественная организация "Union of Concerned Scientists" насчитывала почти 2800 рабочих аппаратов на околоземной орбите. Каждый год запускаются новые. При их проектировании инженеры должны позаботиться о том, чтобы разместить на небольшом объекте все необходимые устройства, а также о защите аппаратуры от солнечной радиации.
В любом спутнике очень много электронных приборов - с их помощью операторы управляют работой аппаратов: меняют угол наклона солнечных батарей, контролируют орбиту, делают снимки, передают и получают сообщения. Для защиты этих устройств от солнечной радиации прикладываются большие усилия, изобретаются защитные покрытия. Это тратит не только деньги и ресурсы, но и полезный вес при запуске ракеты-носителя. Поэтому инженеры и ученые постоянно ищут максимально эффективные и компактные решения.
Когда защита - сам материал
Ученые Университета ИТМО и НПО "Специальные материалы" вместе предложили новый полупроводниковый материал, который сам по себе более устойчив к вредному воздействию космического излучения. Потенциально из него можно создавать электронику для космических аппаратов.
В поисках такого материала ученые обращали внимание на полупроводники с максимально широкой запрещенной зоной. Чем шире у полупроводникового материала запрещенная зона, тем выше его удельное сопротивление и, как правило, тем большие напряжения он может выдерживать. Как выяснилось, этот показатель также влияет и на устойчивость к радиации.
Ученые стали экспериментировать с оксидом галлия (Ga2O3), хорошо известным полупроводниковым материалом. Однако, как выяснилось в процессе работы, оптимальным материалом является (AlxGa1-x)2O3.
Три в одном
В результате экспериментов ученые получили более стойкий материал, который лучше работает в условиях радиации. Однако, как выяснилось, на этом плюсы их разработки не заканчиваются.
Таким образом, новый материал потенциально может быть использован для новых космических аппаратов. Впрочем, ученые не исключают, что его можно будет применить и для земных приборов, которые работают в условиях повышенного радиационного фона.
Константин Крылов
Дмитрий Бауман
Образцы кристаллов оксида галлия