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Montag, 29 Juni 2020 14:41

Neuartiges Hybridmaterial erweist sich als effizienter Photodetektor

von Dr.-Ing. Richard Suchentrunk
Geschätzte Lesezeit: 1 - 2 Minuten

Physiker des HZDR und der TU Dresden haben einen Photodetektor entwickelt, der vollständig aus Schichten metallorganischer Gerüste aufgebaut ist. Da die Verbindung einen breiten Wellenlängenbereich des Lichts erfassen und in elektrische Signale umwandeln kann und außerdem preisgünstig ist, könnte sie sich als neuartiges Detektormaterial für Digitalkameras und viele andere elektronische Anwendungen anbieten.

Metallorganische Gerüste (Metal-Organic Frameworks, MOFs) sind hochporöse Stoffe, die bis zu 90 Prozent aus leerem Raum bestehen. Die an der TU Dresden entwickelte metallorganische Gerüstverbindung besteht aus einem organischen Material mit eingebauten Eisenionen. Besonders daran ist, dass das Gerüst übereinanderliegende Schichten mit halbleitenden Eigenschaften bildet, was es für potentielle Anwendungen in der Optoelektronik interessant macht. Mit 400 bis 1575 Nanometer kann der Halbleiter einen breiten Wellenlängenbereich des Lichts erfassen, das Spektrum reicht von der Ultraviolettstrahlung bis ins nahe Infrarot. Welches Spek­trum an Wellenlängen ein Halbleitermaterial erfassen und in elektrische Signale umwandeln kann, hängt im Wesentlichen von der Bandlücke ab. Je kleiner die Bandlücke, desto weniger Energie ist nötig, um ein Elektron anzuregen. Weil diese bei dem untersuchten Material sehr klein ist, reicht schon eine geringe Lichtenergie zur Strominduktion aus. Durch Abkühlung des Detektors auf niedrigere Temperaturen lässt sich die Leistung noch verbessern, weil damit die thermische Anregung von Elektronen unterdrückt wird. Weitere Verbesserungen sind durch Optimierung der Bauteilkonfiguration, Herstellung zuverlässiger Kontakte und Weiterentwicklung des Materials möglich. In einem nächsten Schritt soll die Schichtdicke deutlich verringert werden. Ziel ist es, die übereinandergeschichteten Lagen möglichst auf 70 Nanometer zu reduzieren. Bis zu dieser Schichtdicke sollte das Material noch vergleichbare Eigenschaften besitzen. Gelingt der Nachweis, dass die Funktionalität in einer deutlich dünneren Schicht erhalten bleibt, kann die Weiterentwicklung bis hin zur Fertigungsreife beginnen.

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), www.hzdr.de

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  • Ausgabe: 6
  • Jahr: 2020
  • Autoren: Dr.-Ing. Richard Suchentrunk

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