I nuovi rivelatori aumentano la sensibilità ai raggi UV
Il nitruro di gallio (GaN) e le sue leghe ternarie di alluminio o indio costituiscono i semiconduttori più promettenti per la fabbricazione di dispositivi optoelettronici, ad alta frequenza e alta potenza. Eliminando le parti a infrarossi e quelle visibili dello spettro solare, questi mantengono alta responsività(conversione di un segnale ottico in corrente elettrica) nella regione UV. Il deposito di uno strato tampone, ossia uno strato sandwich tra i due materiali monocristallini (GaN e substrato), porta all’ottenimento di GaN con un’elevata qualità cristallina. Nell’ambito del progetto GANOXSI (Planar ultraviolet radiation detectors based on GaN grown on silicon substrate with novel double oxide buffer layer), gli scienziati si sono concentrati sullo sviluppo di tecnologie per la crescita di uno strato di GaN su substrato di silicio (Si), posizionando doppi strati di ossido nel mezzo. Mediante l’impiego di GaN di alta qualità è possibile ottenere uno sviluppo di dispositivi a base di nitruro, come per esempio i rilevatori UV. Gli scienziati hanno utilizzato un sistema di deposizione con epitassia a fascio molecolare composto da camere multiple per la fabbricazione di eterostrutture (GaN, ossido di scandio, ossido di ittrio e Si). Mediante vari strumenti spettroscopici e microscopici, essi hanno garantito strutture cresciute di alta qualità adatte all’elaborazione di sistemi di rivelazione. Gli strati tampone doppi offrono l’ulteriore vantaggio di aumentare la responsività del rilevatore. Ciò è dovuto alla creazione di un riflettore di Bragg distribuito (DBR), una struttura composta da più strati di materiali alternati, nel confine GaN-Si. Gli strati di GaN depositati sul Si e sulla struttura DBR-Si sono stati ulteriormente elaborati per realizzare prototipi di fotorivelatori UV. Vari strati metallici sono stati depositati mediante fasci di elettroni e processi sotto vuoto per l’ottenimento di un contatto Schottky. Utilizzando l’epitassia a fascio molecolare, gli scienziati hanno depositato strati di ossido di scandio al fine di sopprimere le correnti di dispersione nei contatti metallo-ossido-semiconduttore. Successivamente al deposito di strati di ossido,sono stati riscaldati i wafer di Si per la formazione di contatti. Delle maschere d’ombra in metallo sono state utilizzate al fine di ottenere gli elettrodi del rivelatore. I rivelatori hanno dimostrato vantaggiose sensibilità UV e hanno raggiuntola massima responsività di circa 360 nm, la quale coincide con i valori previsti di banda interdetta relativa al GaN. Il lavoro degli scienziati ha portato a un aumento del 100 % circa la responsività del rilevatore nella regione UV rispetto allo stato della tecnica. Tali rilevatori UV possono trovare impiego in applicazioni quali monitoraggio della combustione, rilevamento delle scie relative ai missili e sistemi di disinfezione dell’acqua.
Parole chiave
Ultravioletti, radiazioni, responsività, nitruro di gallio, silicio, strato tampone, rivelatori UV
