Ziel der Entwicklung
Ziel des Forschungsvorhabens war es, Low Gain Avalanche Detektoren (LGAD) hinsichtlich der Empfindlichkeit gegenüber Strahlung mit geringer Eindringtiefe in Silizium zu entwickeln und zu charakterisieren. Hierzu sollte zum einen der n+-p+-p-Übergang entwickelt und ein geeignetes Eintrittsfenster mit wenig Verlusten gefunden werden. Diese Entwicklungen sollten durch umfassende messmethodische Untersuchungen und Simulationen begleitet werden.
Vorteile und Lösungen
Im Vergleich zu herkömmlichen LGADs konnte der n+-p+-p-Übergang näher an die Oberfläche verschoben werden, wodurch ein höherer Gain hinsichtlich Teilchen oder Strahlung mit geringer Eindringtiefe erzielt wurde. Die Dotandeneigenschaften wie Aktivierungsgrad oder Verteilung wurden unter anderem mittels Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) und Tieftemperatur-Photolumineszenzspektroskopie analysiert. Auch das Eintrittsfenster wurde mit Hilfe von Simulationsrechnungen an Teilchen oder Strahlung geringer Eindringtiefe angepasst. Die Messungen von Quanteneffizienz und Gain zeigten, dass hier eine deutliche Verbesserung der Eigenschaften gegenüber konventioneller LGADs erreicht werden konnte. Diese Messungen wurden unter anderem durch einen im Forschungsvorhaben angeschafften blauen Laser für das Transient-Current-Technique (TCT) Messsystem ermöglicht. Diese Entwicklungen mündeten in einem vollständigen LGAD Prozessierungsrun, in dem die im Projekt angestrebten Eigenschaften der entwickelten LGADs erreicht wurden. Der n+-p+-p-Übergang konnte näher an der Oberfläche platziert werden sowie die Oberflächeneigenschaften hinsichtlich des Projektziels angepasst. Damit wurden LGADs mit den gewünschten Eigenschaften entwickelt und der Stand der Technik erweitert. Die Ergebnisse des Projektes wurden im Rahmen von fünf Veröffentlichungen und Vorträgen publiziert.
Zielgruppe und Zielmarkt
Low Gain Avalanche Dioden (LGAD) kommen für verschiedene Einsatzszenarien in Frage und erfahren aufgrund Ihrer technischen Vorteile eine stetig wachsende Nachfrage. Hauptursache ist die im Vergleich zu alternativen Detektoren geringe bis moderate elektrische Betriebsspannung, wodurch die Systemgestaltung deutlich vereinfacht wird und auch Applikationen mögliche werden, bei denen hohe Spannungen bisher zu technischen Konflikten führten. Ziel des Vorhabens war es, Technologien für die Detektion von Strahlung mit besonders geringer Eindringtiefe im Silizium zu entwickeln. Dies konnte demonstriert werden. Solche Detektoren sind insbesondere in Geräten und Anlagen von Vorteil, bei denen hochenergetische elektromagnetische Strahlung, zum Beispiel UV oder weiche Röntgenstrahlung, auftreten oder genutzt werden. Dazu zählen:
• physikalische Großforschungseinrichtungen wie zum Beispiel Beschleuniger am CERN, freie Elektronen-Laser, FAIR;
• Astronomische Anwendungen der Strahlungserfassung zum Beispiel ESO ALMA;
• Medizintechnik zum Beispiel Dosisüberwachung oder ortsauflösende Messungen von Protonen- oder Röntgenstrahlung und
• Materialforschungsgeräte wie zum Beispiel Rasterelektronenmikroskope, Röntgentomographie.
Das CiS Forschungsinstitut entwickelt und fertigt bereits Detektoren für solche Anwendungen im Auftrag von Industrieunternehmen und Forschungseinrichtungen. Mit den Projektergebnissen aus UV-LGAD kann die Technologiepalette erweitert und Detektoren mit technischen Vorteilen in den etablierten und neuen Anwendungen entwickelt werden.
