Neue Detektoren mit mehr UV-Empfindlichkeit
Galliumnitrid (GaN) und seine ternären Legierungen von Aluminium oder Indium stellen die vielversprechendsten Halbleiter für die Herstellung optoelektronischer, Hochfrequenz- und Hochleistungsgeräte dar. Indem sie die infraroten und sichtbaren Teile des Sonnenspektrums ignorieren, behalten sie eine hohe Ansprechempfindlichkeit - für die die Umwandlung eines optischen Signals in elektrischen Strom - im UV-Bereich. Das Abscheiden einer Pufferschicht - eine Schicht zwischen den zwei einkristallinen Materialien (GaN und dem Substratmaterial) - führt zur Gewinnung von GaN mit einer hohen kristallinen Qualität. Die Wissenschaftler des Projekts GANOXSI (Planar ultraviolet radiation detectors based on GaN grown on silicon substrate with novel double oxide buffer layer) konzentrierten sich auf die Entwicklung von Technologien, um eine GaN-Schicht mit Oxid-Doppelschichten dazwischen auf einem Siliziumsubstrat (Si) zu züchten. Qualitativ hochwertiges GaN führt zur Entwicklung von Geräten auf Nitridbasis wie etwa UV-Detektoren. Die Wissenschaftler verwendeten ein Molekularstrahlepitaxie-Abscheidungssystem, bestehend aus mehreren Kammern, um Heterostrukturen (GaN, Scandiumoxid, Yttriumoxid und Si) herzustellen. Mit verschiedenen spektroskopischen und mikroskopischen Werkzeugen stellten sie hochwertige gewachsene Strukturen, geeignet für die Ausarbeitung von Detektorsystemen sicher. Die Doppelpufferschichten bieten den zusätzlichen Vorteil einer Erhöhung der Detektorempfindlichkeit. Dies resultiert aus der Bildung eines verteilten Bragg-Reflektors (DBR), also einer Struktur aus mehreren Schichten aus alternierenden Materialien innerhalb der GaN-Si-Begrenzung. Auf Si und auf der DBR-Si Struktur abgeschiedene GaN-Schichten wurden weiter verarbeitet, um Prototypen des UV-Photodetektors herzustellen. Verschiedenen Metallschichten wurden durch Elektronenstrahl/ und Vakuumverfahren aufgebracht, um einen Schottky-Kontakt zu erhalten. Mithilfe des Molekularstrahl-Epitaxie-Verfahrens, schieden die Wissenschaftler Scandiumoxidschichten zur Unterdrückung von Leckströmen in die Metall-Oxid-Halbleiter-Kontakte ab. Nach dem Aufbringen der Oxidschichten, erhitzt man die Si-Wafer, um die Kontakte zu formen. Die Detektorelektroden erhielt man mithilfe von Metalllochmasken. Die Detektoren zeigten wünschenswerte UV Empfindlichkeiten und erreichten die maximale Empfindlichkeit bei etwa 360 nm, was gut mit den erwarteten GaN-Bandlückenwerten übereinstimmt. Die Arbeit der Wissenschaftler führte zur einer 100%-igen Erhöhung der Detektorempfindlichkeit im UV-Lichtbereich gegenüber dem aktuellen Stand der Technik. Solche UV-Detektoren können Verwendung für die Überwachung von Verbrennungsvorgängen, die Erkennung von Raketenschweife und die Desinfektion von Wassersystemen finden.
Schlüsselbegriffe
Ultraviolette Strahlung, Responsivität, Galliumnitrid, Siliziumpufferschicht, UV-Detektoren
