Ziel der Entwicklung
Zu den Strahlen mit geringer Eindringtiefe in Silizium gehören niederenergetische Teilchen und UV-Strahlung. Für diese ist es entscheidend, dass ihr Energieverlust an der Oberfläche und in der Totzone des Halbleiters so gering wie möglich ist, ohne die Funktionalität des in Oberflächennähe des Siliziums befindlichen pn-Übergangs zu beeinträchtigen. Dotiertechniken waren bisher nur in geringfügigem Maß auf die besonderen Anforderungen der Strahlung mit geringer Eindringtiefe in Silizium eingestellt. Ziel der Entwicklung war es darum, geeignete sehr flache Dotierprofile zu realisieren, welche die elektrische Funktion eines pn-Übergangs erfüllen aber gleichzeitig nur sehr dünne Totzonen an der Siliziumoberfläche verursachen. Damit werden Detektoren möglich, die eine deutlich höhere Empfindlichkeit beziehungsweise verbesserte untere Schwelle der Energieauflösung gegenüber niederenergetische Teilchen und UV-Strahlung erreichen.
Vorteile und Lösungen
Es wurden am Anfang eine Reihe von vielversprechenden Lösungsansätzen für die Realisierung einer Dotiertechnik, die die hochempfindliche Messung von Strahlen mit geringer Eindringtiefe in Silizium erlaubt, untersucht. Als nicht wirtschaftlich hat sich die Co-Implantation mit Silizium herausgestellt. Dieses Verfahren ermöglicht zwar bei noch vertretbaren Temperaturen (700 °C) eine perfekte Ausheilung des Kristallgitters und sehr flach implantierte Dotieratome, nicht aber eine ausreichende Aktivierung der Dotanden im Siliziumgitter. Bei der Gasphasenepitaxie konnte gezeigt werden, dass eine ausreichend hohe Dotanden-Dosis erreicht werden kann. Die Erzeugung eines möglichst flachen, dotierten Bereiches konnte jedoch mit der Gasphasenepitaxie nicht annähernd erreicht werden. Es wurde jedoch mit der Plasmaimmersionsionenimplantation (PIII) eine Methode gefunden und hinreichend untersucht, die flache Dotierprofile bei gleichzeitig geringen (oder mittleren) Flächenwiderständen ermöglicht. Als Vorzugsvariante wurde schließlich die Implantation von Bor (über B2H6 mittels PIII mit der Dosis von 2 x 10^16 cm-2 und einer Energie von 6 keV) und einer Ausheilung über RTA bei 1050 °C und 10 s Spitzenzeit entwickelt.
Zielgruppe und Zielmarkt
Ein besonderer technischer Vorteil der auf Basis der Projektergebnisse realisierbaren Detektoren ist die sehr dünne Totzone. Dies ist insbesondere für niederenergetische Teilchenstrahlung, zum Beispiel Elektronen oder Alphapartikel, sowie für UV-Licht von Vorteil, bei denen die Eindringtiefe in den Detektor nur wenige Nanometer bis einige 10 nm beträgt. Mit den hier entwickelten Technologien kann die Empfindlichkeit und Energieauflösung der Detektoren signifikant verbessert, sowie der detektierbare Messbereich hin zu niedrigeren Energien deutlich erweitert werden. Folgende Branchen können von der Entwicklung profitieren: Messtechnik (für Untersuchungsmethoden die auf UV-Licht oder niederenergetische Elektronen) beruhen, Umweltmesstechnik (für die präzise Untersuchung von Alpha- und Betastrahlern), Medizintechnik (zum Nachweis der UV-Strahlung in der Bekämpfung von Keimen mittels UV-Strahlung).
Das CiS Forschungsinstitut bietet für Unternehmen in diesen Zielmärkten die Entwicklung und anschließende Serienfertigung applikationsspezifischer Sensoren und deren Montage in Sensormodule an.
