РОЗРОБКА ТА МОДЕЛЮВАННЯ УФ-ФОТОРЕЗИСТИВНОГО МОДУЛЯ НА ОСНОВІ ТОНКОПЛІВКОВОГО ОКСИДУ ЦИНКУ

Автор(и)

  • І. С. Вірт Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка, факультет фізики, математики, економіки та інноваційних технологій, Україна https://orcid.org/0000-0001-7200-6055
  • І. В. Падалка Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка, факультет фізики, математики, економіки та інноваційних технологій, Україна https://orcid.org/0009-0007-4071-5878

DOI:

https://doi.org/10.18524/1815-7459.2025.4.339704

Ключові слова:

детекція випромінювання, фоторезистор, УФ-сенсори, трансімпедансний підсилювач, оксид цинку

Анотація

У статті описано фотоелектричні властивості змодельованого формуючого і підсилювального каскадів у фотоприймачі, який  виявляє ультрафіолетове випромінювання. Створено модуль, що містить монолітний сенсорний індикаторний пристрій на основі базового фоторезистора з оксиду цинку та трансімпедансного підсилювача (transimpedance amplifier (TIA)). На основі отриманих результатів запропоновано та протестовано простий детектор випромінювання з двокаскадним диференціальним підсилювачем. За напруги зміщення 4 В була отримана чутливість фотомодуля 5·104 В/Вт. Порівняно шум каскадів у режимах темнового струму та при освітленні стандартним промисловим  світлодіодом і проаналізовано смугу пропускання сигналу.

Посилання

Tang X., Liu X., Zhao C., Niu K., Li Z., Li H., Li B., Wang J. High-temperature ultraviolet photodetector and amplifying integrated circuits based on AlGaN/GaN heterostructure. Journal of Physics D: Applied Physics. 2025. Vol. 58, iss. 8. Article 08LT01. https://doi.org/10.1088/1361-6463/ad9d53

Zou Y., Zhang Y., Hu Y., Gu H. Ultraviolet detectors based on wide bandgap semiconductor nanowire: a review. Sensors. 2018. Vol. 18, iss. 7. Article 2072. https://doi.org/10.3390/s18072072

Rogalski A., Bielecki Z., Mikołajczyk J., Wojtas J. Ultraviolet photodetectors: from photocathodes to low-dimensional solids. Sensors. 2023. Vol. 23, iss. 9. Article 4452. https://doi.org/10.3390/s23094452

Xu S., Luo J., Song H., Tang J. Recent advances in monolithic integrated lead based optoelectronic devices. Frontiers of Optoelectronics. 2025. Vol. 18, iss. 1. Article 13. https://doi.org/10.1007/s12200-025-00158-2

Renker D., Lorenz E. Advances in solid state photon detectors. Journal of Instrumentation. 2009. Vol. 4, no. 4. Article P04004. https://doi.org/10.1088/1748-0221/4/04/P04004

Ouyang W., Chen J., Shi Z., Fang X. Self-powered UV photodetectors based on ZnO nanomaterials. Appl. Phys. Rev. 2021. Vol. 8, iss. 3. Article 031315. https://doi.org/10.1063/5.0058482

Jalal R., Ozel K., Atilgan A., Yildiz A. UV photodetectors based on W-doped ZnO thin films. Nanotechnology. 2024. Vol. 35, no. 26. Article 265705. https://doi.org/10.1088/1361-6528/ad373b

Al-Handarish Y., Omisore O. M., Igbe T., Han S., Li H., Du W., Zhang J., Wang L. A survey of tactile-sensing systems and their applications in biomedical engineering. Advances in Materials Science and Engineering. 2020. ID 4047937. https://doi.org/10.1155/2020/4047937

Chuah J. H., Holburn D. Design of low-noise high-gain CMOS transimpedance amplifier for intelligent sensing of secondary electrons. IEEE Sensors Journal. Vol. 15, iss. 10. P. 5997–6004. https://doi.org/10.1109/JSEN.2015.2452934

Li Z., Cheng J., Liu F., Wang Q., Wen W.-W., Huang G., Wu Z. Research on the technological progress of CZT array. Detectors Sensors. 2024. Vol. 24, iss. 3. Article 725. https://doi.org/10.3390/s24030725

Ge B., Li Y., Yu H., Yong S., Shen J., Xi D., Xie Q. An ultra-low power 10-bit 40 MS/s Successive-Approximation-Register (SAR) Analog-to-Digital Converter (ADC) for single photon SiPM detector in X-ray applications. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2025. Vol. 1072. Article 170214. https://doi.org/10.1016/j.nima.2025.170214

Zhou Y., Zhang W., Wu T., Chen W., Du S., Hao D. High-precision vernier-type optoelectronic integrated chip design. Microelectronics Journal. 2024. Vol. 153. Article 106400. https://doi.org/10.1016/j.mejo.2024.106400

Shajari S., Kuruvinashetti K., Komeili A., Sundararaj U. The emergence of AI-based wearable sensors for digital health technology: a review. Sensors. 2023. Vol. 23, iss. 23. Article 9498. https://doi.org/10.3390/s23239498

Girão P. S., Ramos P. M. P., Postolache O., Pereira J. M. D. Tactile sensors for robotic applications. Measurement. 2013. Vol. 46, iss. 3. P. 1257–1271. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2012.11.015

Weiss P. The Global Positioning System (GPS): creating satellite beacons in space, engineers transformed daily life on Earth. Engineering. 2021. Vol. 7, iss. 3. P. 290–303. https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.02.001

Boukdir Y., Omari H. E. Novel high precision low-cost dual axis sun tracker based on three light sensors. Heliyon. 2022. Vol. 8, iss. 12. Article e12412. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e12412

Zhou T., Zhao J., He Y., Jiang B., Su Y. A Readout Integrated Circuit (ROIC) employing self-adaptive background current compensation technique for Infrared Focal Plane Array (IRFPA). Infrared Physics & Technology. 2018. Vol. 90. P. 122–132. https://doi.org/10.1016/j.infrared.2018.03.001

Choi M., Lee M., Lee B., Lee Y. T. Multistage opto-neuromorphic process system based on commercial optoelectric devices. Current Applied Physics. 2020. Vol. 20, iss. 10. P. 1125–1129. https://doi.org/10.1016/j.cap.2020.07.006

Meti S., Balavald K. B., Sheeparmatti B. G. MEMS piezoresistive pressure sensor: a survey. Int. Journal of Engineering Research and Applications. 2016. Vol. 6, iss. 4. P. 23–31.

Jinka P., Tirumala R. Design of XORNMOS switch based kickback noise reduction technique for dynamic comparators. e-Prime – Advances in Electrical Engineering, Electronics and Energy. 2024. Vol. 7. Article 100416. https://doi.org/10.1016/j.prime.2023.100416

Gao J., Yang X., Shi X., Gao Z., Nie K., Xu J. Two ramp reference voltages CDS scheme applied to low noise and high dynamic range PWM pixel. Microelectronics Journal. 2023. Vol. 135. Article 105744. https://doi.org/10.1016/j.mejo.2023.105744

Borgohain R., Baruah S. Design and analysis of UV detector using ZnO nanorods on interdigitated electrodes. ADBU Journal of Engineering Technology. 2016. Vol. 4, iss. 1. P. 134–136.

Chiu Y.-C., Yeh P. S., Wang T.-H., Chou T.-C., Wu C.-Y., Zhang J.-J. An ultraviolet sensor and indicator module based on p–i–n photodiodes. Sensors. 2019. Vol. 19, iss. 22. Article 4938. https://doi.org/10.3390/s19224938

Andrade H., Maharry A., Hirokawa T., Valenzuela L. Analysis and monolithic implementation of differential transimpedance amplifier. Journal of Lightwave Technology. 2020. Vol. 38, iss. 16. P. 4409–4418. https://doi.org/10.1109/JLT.2020.2990107

Qin J., Yan Z., Huo M., Ji X., Peng K. Design of low-noise photodetector with a bandwidth of 130 MHz based on transimpedance amplification circuit. Chinese Optics Letters. 2016. Vol. 14, iss. 12. Article 122701. http://dx.doi.org/10.3788/COL201614.122701

Park S., Lee S., Seo B., Jung D., Choi S., Park S.-M. A low-noise CMOS transimpedance-limiting amplifier for dynamic range extension. Micromachines. 2025. Vol. 16, iss. 2. Article 153. https://doi.org/10.3390/mi16020153

Achtenberg K., Bieleck Z. Comparative analysis of the selected photoreceiver input stages in terms of noise. Sensors. 2025. Vol. 25, iss. 5. Article 1359. https://doi.org/10.3390/s25051359

Moeneclaey B., Verbrugghe J., Lambrecht J., Mentovich E., Bakopoulos P., Bauwelinck J. Design and experimental verification of a transimpedance amplifier for 64-gb/s pam-4 optical links. J. Light. Technol. 2018. Vol. 36, iss. 2. P. 195–203. https://doi.org/10.1109/JLT.2017.2774005

Kim H.-J., Lee D.-Y., Park M.-J. Development and validation of a 64-channel ROIC prototype for SWIR line scan sensor applications. Integration. 2024. Vol. 98. Article 102226. https://doi.org/10.1016/j.vlsi.2024.102226

Nie Y., Jiao S., Yang S., Jing J., Zhang S., Shi Z., Lu H., Wang D., Gao S., Wang X., Zhang Y., Fu Z., Li A., Wang J. The excellent performance of β-Ga2O3 Schottky photodiode under forward bias and its application in solar-blind ultraviolet communication. Materials Today Physics. Vol. 33. Article 101032. https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2023.101032

Süleyman E., Atasoyu M. 45-nm CMOS inverter transimpedance amplifier for LiDAR applications. Journal of Brilliant Engineering. 2024. Vol. 3. Article 4915. https://doi.org/10.36937/ben.2024.49

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-12-23

Як цитувати

Вірт, І. С., & Падалка, І. В. (2025). РОЗРОБКА ТА МОДЕЛЮВАННЯ УФ-ФОТОРЕЗИСТИВНОГО МОДУЛЯ НА ОСНОВІ ТОНКОПЛІВКОВОГО ОКСИДУ ЦИНКУ. Сенсорна електроніка і мікросистемні технології, 22(4), 15–29. https://doi.org/10.18524/1815-7459.2025.4.339704

Номер

Том 22 № 4 (2025)

Розділ

Оптичні, оптоелектронні і радіаційні сенсори

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Сенсорна електроніка і мікросистемні технології

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Авторське право на публікації переходить Видавцю.