Silizium-basierte Lichtemitter : Neue Möglichkeiten für Lab-on-Chip Systeme?

Abstract

Die Realisierung von Lichtemittern in herkömmlicher Siliziumtechnologie ist ein großer Traum der Mikroelektronik. Aufgrund seines indirekten Bandgaps ist Silizium prinzipiell schlecht als Lichtemitter geeignet. Teure und aufwendige andere Verfahren und Werkstoffe (z.B. Verbindungshalbleiter wie GaAs, GaN, SiC usw.) fanden Verwendung für Leuchtdioden und werden heute kommerziell eingesetzt. Diese sind jedoch nicht in herkömmliche Silizium-Chipstrukturen integrierbar. Die Integration in die Silizium – Technologie ist jedoch von eminenter Bedeutung für die kostengünstige Herstellung von Emitterarrays, die neben der Nutzung für integrierte Systeme der Mikrosystemtechnik und der optischen Informationsübertragung auf und zwischen Chips auch zur Lumineszenzanregung von Farbstoffmolekülen in Lab-on-Chip Systemen dienen können. Seit Anfang der 90er Jahre kann durch modifizierte Schichten und Strukturen im Nanometerbereich die bisherige Beschränkung des Siliziums überwunden werden. So können in Siliziumdioxid eingebettete Nanostrukturen aufgrund ihrer speziellen Eigenschaften zur Lumineszenz angeregt werden. In den hier beschriebenen Untersuchungen werden Nanostrukturen durch Ionenimplantation in thermisch auf einen Siliziumwafer (100, n-Typ) aufgewachsene SiO2 – Schichten erzeugt. Im Anschluß an die Ionenimplantation werden durch eine Temperung Strahlenschäden ausgeheilt und die Clusterbildung angeregt. Die so erhaltenen Nanocluster weisen Größen von 4 ... 6 nm auf. Als Frontkontakt der Lumineszenzstrukturen wird eine aufgesputterte transparente Indium-Zinnoxid (ITO) - Schicht lithographisch in kreisrunde Flächen von 0.2mm2 strukturiert. Der Rückseitenkontakt wird durch Al - Beschichtung der Wafersrückseite hergestellt.