AT521544A2 - Detektor für nahes Infrarot - Google Patents
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Abstract
Detektor für nahes Infrarot, der Infrarotstrahlung in ein elektrisches Signal umwandelt, bei Raumtemperatur arbeitet und eine Photodiode verwendet, die aus einer anorganischen Halbleiter-Siliziumschicht und einer organischen Schicht sowie metallischen Aluminiumelektroden, die elektrische Kontakte zwischen dem Heteroübergang und dem externen elektrischen Schaltkreis bilden, besteht, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Schichtstruktur aufweist, bei der die anorganischen und organischen Schichten einen hybriden Heteroübergang bilden, der ein organisches Halbleitermaterial aus der Gruppe der funktionalisierten lndigoide enthält, mit dem LUMO-Energieniveau unter -4 eV. Der Heteroübergang besteht aus einer Schicht aus 6,6-Dinitroindigo, die auf einem Siliziumsubstrat abgeschieden ist. Es ist auch vorteilhaft, lndigoide mit Substituentengruppen aus den Nitro- oder Cyanidgruppen in den aromatischen Ringen zu verwenden.
Description
Detektor für nahes Infrarot
Die vorliegende Erfindung stellt einen Detektor für nahes Infrarot bereit, um Infrarotstrahlung aus dem nahen Infrarotbereich in ein elektrisches Signal umzuwandeln, der bei Raumtemperatur arbeitet, und auf einer Photodiode basiert, die aus einer anorganischen Halbleiter-Siliziumschicht und einer organischen Schicht sowie aus Elektroden aus metallischem Aluminium gebildet ist, die elektrische Kontakte zwischen dem Heteroübergang und dem externen elektrischen Schaltkreis bilden.
Aus der W02009023881A1 / US2010140661A1 ist eine Vorrichtung bekannt, um Infrarotstrahlung mittels einer Photodiode in elektrischen Strom umzuwandeln, welche zwei Halbleiterschichten mit einem Heteroübergang enthält, die jeweils mit einer Elektrode verbunden sind, und eine von ihnen ist aus einem dotierten anorganischen Halbleiter gefertigt. Um eine vorteilhafte Detektion zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass der anorganische Halbleiter später einen Heteroübergang mit einer organischen Halbleiterschicht bildet, und dass den beiden Halbleiterschichten eine Kühlvorrichtung zugeordnet ist. Dieser Ansatz verwendet jedoch unterschiedliche organische Materialien.
Ein optoelektronischer Infrarotdetektor ist auch aus der W02016015077A1 / AT516109A1 bekannt, welcher aus zwei Halbleiterschichten besteht, nämlich einer dotierten Siliziumschicht und einer organischen Halbleiterschicht, wobei jede Schicht mit einer Elektrode verbunden ist und wobei die beiden Schichten einen Heteroübergang bilden. Um die Leistung zu erbringen, wird die organische Halbleiterschicht auf eine nanostrukturierte und/oder mikrostrukturierte Oberfläche der Siliziumschicht aufgebracht und bedeckt die gesamte vorgenannte Oberfläche.
Außerdem ist aus der EP2816625A1 eine Vorrichtung bekannt, um Infrarotstrahlung in elektrischen Strom oder elektrische Spannung umzuwandeln, insbesondere betrieben bei Raumtemperatur, die eine hybride Halbleiter-Photodiode bildet, welche eine Verbindung von anorganischem Halbleitermaterial (zum Beispiel Silizium) und einem organischen Halbleitermaterial enthält, sowie geeignete Metallelektroden, die elektrische Kontakte zwischen jedem der Bestandteile des Heteroübergangs und einem externen elektrischen Schaltkreis bereitstellen, wobei das organische Material 1
2/6
Chinacridon (5,12-Dihydro-chino[2,3-b]acridin-7,14-clion) ist und wobei die obere Metallelektrode, die die vorgenannte organische Schicht mit einer externen elektrischen Schicht verbindet, eine Fläche von 1 mm2 oder weniger aufweist. Der Herstellungsprozess der vorgenannten Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidung der organischen Schicht durch Verdampfung in einer Vakuumkammer mit Hilfe der Heißwand-/Festphasen-Epitaxie erfolgt, und dass der Verdampfung das Glühen des vorgenannten Siliziumsubstrats in einer Kammer im Hochvakuum bei 610° C über einen Zeitraum von 10 Minuten vorausgeht.
Der Detektor für nahes Infrarot, der Infrarotstrahlung in ein elektrisches Signal umwandelt, bei Raumtemperatur arbeitet und auf einer Photodiode basiert, die aus einer anorganischen Halbleiter-Siliziumschicht und einer organischen Schicht sowie metallischen Aluminiumelektroden, die elektrische Kontakte zwischen dem Heteroübergang und dem externen elektrischen Schaltkreis bilden, gebildet ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Schichtstruktur aufweist, bei der die anorganischen und organischen Schichten einen hybriden Heteroübergang bilden, der ein organisches Halbleitermaterial aus der Gruppe der funktionalisierten Indigoide enthält, wobei das LUMO-Energieniveau unter -4 eV liegt. Der Heteroübergang ist aus einer Schicht aus 6,6-Dinitroindigo gebildet, die auf einem Siliziumsubstrat abgeschieden ist. Es ist auch vorteilhaft, Indigoide mit Substituentengruppen aus den Nitro- oder Cyanidgruppen in den aromatischen Ringen zu verwenden.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Verwendung neuer organischer Verbindungen - funktionalisierte Farbstoffe aus den Gruppen der Indigoide (insbesondere beispielsweise 6,6'-Dicyanoindigo oder 6,6'-Dinitroindigo) bei der Herstellung des hybriden Nahinfrarot-Photodetektors auf Basis des Heteroübergangs zwischen Silizium und organischem Material. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie als organisches Halbleitermaterial funktionalisierte Farbstoffe aus der Gruppe der Indigoide mit dem LUMO-Energieniveau unter -4eV verwendet.
Durch die Verwendung der funktionalisierten Farbstoffe aus der Gruppe der Indigoide mit dem LUMO-Energieniveau unter -4eV ist es möglich, bei Bestrahlung mit Infrarotstrahlung eine vorteilhafte Photodetektor-Empfindlichkeit zu erzielen (höhere Photostromwerte, bessere Empfindlichkeit).
3/6
Der Gegenstand der Erfindung ist in einer exemplarischen Ausführungsform in der Zeichnung dargestellt, die die Struktur von Indigo darstellt, das durch Einführung von Substituentengruppen in die aromatischen Ringe in der Farbstoffstruktur funktionalisiert ist. R1 bezeichnet die Substituentengruppen, die es ermöglichen, eine Verbindung mit dem LUMO-Energieniveau unter -4eV zu erhalten. Insbesondere können die R1-Gruppen beispielsweise eine Cyano -CN Gruppe oder eine Nitro NO2 Gruppe sein.
Eine exemplarische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung:
Der Nahinfrarotdetektor wird hergestellt, indem eine Schicht der neuen organischen Verbindung auf einem Siliziumsubstrat im Rahmen der Heißwand-Epitaxie in einer Vakuumkammer abgeschieden wird, gefolgt von einem Glühen des Substrats unter reduziertem Druck bei 610°C Temperatur für eine Dauer von 10 Minuten. Elektrische Kontakte aus Aluminium werden im Vakuumbedampfer für Metalle hergestellt - die unteren Kontakte direkt auf das Siliziumsubstrat, dagegen die oberen Kontakte auf die abgeschiedene organische Schicht. Als Ergebnis der Herstellung weist die Vorrichtung eine Schichtstruktur auf, bei der die anorganischen und organischen Schichten einen hybriden Heteroübergang bilden, der die Grundlage für den Betrieb des Photodetektors bildet, und die Aluminiumkontakte ermöglichen die Verbindung der Schichten mit einem elektrischen Schaltkreis.
Die beschriebene Vorrichtung ermöglicht die Detektion des Infrarotlichts bei Raumtemperatur dank des Absorptionsphänomens im beschriebenen Heteroübergang. Die Vorrichtung kann als Infrarotdetektor in der Glasfaserkommunikation, in Sensoren oder in der Qualitätskontrolle verschiedener chemischer Verbindungen eingesetzt werden. Da die Vorrichtung auf einem Siliziumsubstrat basiert, kann sie mit elektronischen integrierten Schaltungen kombiniert werden.
Claims (4)
- Patentansprüche1. Detektor für nahes Infrarot, der Infrarotstrahlung in ein elektrisches Signal umwandelt, bei Raumtemperatur arbeitet und eine Photodiode verwendet, die aus einer anorganischen Halbleiter-Siliziumschicht und einer organischen Schicht, sowie aus metallischen Aluminiumelektroden, die elektrische Kontakte zwischen dem Heteroübergang und dem externen elektrischen Schaltkreis bilden, besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Schichtstruktur aufweist, bei der die anorganischen und organischen Schichten einen hybriden Heteroübergang bilden, der ein organisches Halbleitermaterial aus der Gruppe der funktionalisierten Farbstoffe aus der Gruppe der Indigoide enthält, mit dem LUMO-Energieniveau unter -4 eV.
- 2. Detektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heteroübergang aus einer Schicht aus 6,6-Dicyanoindigo gebildet ist, die auf einem Siliziumsubstrat abgeschieden ist.
- 3. Detektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heteroübergang aus einer Schicht aus 6,6-Dinitroindigo gebildet ist, die auf einem Siliziumsubstrat abgeschieden ist.
- 4. Detektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es vorteilhaft ist, wenn die Indigoide Substituentengruppen aus den Nitro- oder Cyanidgruppen in den aromatischen Ringen aufweisen.
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