OPTENCE: Femtosecond laser sulfur hyperdoped black silicon for infrared photonic applications (FemtoBlack) - Teilvorhaben B

Die Funktionalisierung von Silizium ist eine Methode, um neue Materialeigenschaften zu erhalten. Durch Bestrahlung von Silizium mit hochenergetischen fs-Laserpulsen entsteht gleichzeitig eine Oberflächenstruktur aus Mikrokegeln mit einer Höhe von bis zu 20 µm, die das Licht zwischen den Kegeln einfängt, und eine oberflächennahe schwefelhyperdotierten Si-Schicht. Diese Hyperdotierung führt zu Energiezuständen innerhalb der Bandlücke von Silizium, die eine Absorption von Photonen im sub-Bandlückenbereich von nahezu 1 ermöglichen. Photodetektoren, die im nahen Infrarot Wellenlängenbereich (1-5 µm) arbeiten, sind für spektroskopische Anwendungen und IR-Wärmebilder von großer Bedeutung, da diese Wellenlängen innerhalb des atmosphärischen Fensters liegen und daher die Absorption in der Atmosphäre minimal ist. Dieses hyperdotierte Silizum (fs-hSi) zeichnet sich durch eine hohe Absorption genau in diesem Wellenlängenbereich aus und ist daher ein vielversprechendes Material, das teure und häufig schwierig abzuscheidende IR-Sensormaterialien wie InGaAs, InSb oder HgCdTe ersetzt. Ein weiterer Ansatz zur Erhöhung der IR-Absorption im NIR von Silizium ist die Induced Junction-Technologie. Dort wird mit einer durch Atomic Layer Deposition (ALD) abgeschiedenen Aluminiumoxidschicht ein durch reaktives Ionenätzen mikrostrukturierter induzierter pn-Übergang in Silizium erhalten. Dies beinhaltet keine Hyperdoping-Prozesse und ermöglicht eine hocheffiziente Erfassung elektrischer Ladung. Ziel von FemtoBlack ist es, sensorrelevante Eigenschaften von fs-hSi und nicht hyperdotiertem, mit fs-Laser bearbeitetem schwarzem Silizium (fs-bSi) zu untersuchen, um ein geeignetes Konzept für die Implementierung von fs-hSi und fs-bSi in Nah- und Mittel-IR-Sensoren zu entwickeln. Das FemtoBlack-Projekt ist Teil des Internationalisierungskonzepts von Photonics Hub und soll von der umfassenden Strategie und dem Netzwerk bei der Umsetzung und Verwertung der Projektergebnisse profitieren.