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AMO- und RWTH-Forscher erreichen nahezu 100% Quanteneffizienz bei Graphen/Silizium-Photodioden

Der AMO GmbH und dem Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente an der RWTH Aachen ist es in Zusammenarbeit mit der Universität Granada gelungen, Graphen/Silizium (G/Si)-Photodioden mit einer Quanteneffizienz von nahezu 100% experimentell nachzuwiesen. Die kürzlich in der Zeitschrift ACS Photonics veröffentlichte (DOI: 10.1021/acsphotonics.8b00951) und bald auf dem Titelblatt des Journals erscheinende Arbeit wurde als ACS Editor’s Choice Artikel ausgewählt, was die Bedeutung der Forschungsarbeit unterstreicht.

Die Leistung von Graphen/Silizium Fotodetektoren mit Bezug auf Effizienz und Empfindlichkeit war bislang ein Hindernis für praktische Anwendungen. Nachdem nun der grundlegende Mechanismus zur Erzeugung des Fotostroms in Graphen/Silizium Fotodioden verstanden wurde, konnte eine spezifische Bauteilestruktur demonstriert werden, welche die Leistung von Graphen/Silizium Fotodioden über einen breiten Wellenlängenbereich verbessert. Die Struktur verwendet ein kammartiges Kontaktmuster von Graphen/Silizium-Schottky-Dioden mit Graphen/Siliziumdioxid/Siliziumbereichen, wobei mit chemischer Gasphasenabscheidung hergestelltes Graphen als transparente leitfähige Elektrode dient. Die Bauelemente werden mit Standard-Siliziumtechnologie hergestellt, was eine Skalierbarkeit des Konzepts für Großserien ermöglicht.

Die Forschungsarbeiten wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG GRK 1564), der Europäischen Kommission durch das Projekt Graphene Flagship (785219), dem spanischen Ministerium für Bildung, Kultur und Sport (MECD) und der Universität Granada durch das Projekt TEC2017-89955-P und das Stipendium FPU014/02579 finanziert.