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Durchbruch für die Silizium-Photonik

Ein Verfahren, mit dem sich hochdichte Felder von Silizium-Nanokristallen sehr kostengünstig auf 4-Zoll-Wafern herstellen lassen, hat jetzt ein Team von Wissenschaftlern um Margit Zacharias am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle entwickelt. Mit solchen Nanokristallen oder Quantenpunkten lassen sich einige Nachteile von Silizium überwinden, die es bisher als Ausgangsmaterial für optoelektronische Bauelemente wie beispielsweise Leuchtdioden (LEDs) ungeeignet machten: Silizium ist ein indirekter Halbleiter und weist eine sehr ineffiziente Lichtemission bei Raumtemperatur auf. In Silizium-Quantenpunkten -- winzigen Nanokristallen mit Abmessungen zwischen zwei und fünf Nanometern -- hängt die Lichtemission dagegen nur noch von den durch die geometrischen Abmessungen festgelegten Energieniveaus ab.

Bislang war es allerdings äußerst schwierig, bei der Herstellung von Silizium-Quantenpunkten deren Größe, Dichte und Position hinreichend genau zu beeinflussen. Dies ist den Hallenser Wissenschaftlern mit ihrem inzwischen patentierten Verfahren gelungen. Sie schieden dazu zunächst eine thermisch nicht stabile Siliziumoxidverbindung als ultra-dünne Schicht von ein bis fünf Nanometern auf einem Träger ab. Eine anschließende thermische Behandlung führt in dieser Schicht zu einer Phasenseparation, bei der sich in Abhängigkeit von der Temperatur die Silizium-Quantenpunkte bilden, die in eine Matrix aus thermisch stabilem Siliziumdioxid eingebettet sind. Die Größe der Quantenpunkte lässt sich über die Dicke der aufgedampften Schicht steuern. (Richard Sietmann) / (Richard Sietmann) / (jk)

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