UV-fotodioden op basis van siliciumcarbide (SiC) zijn belangrijke componenten in een verscheidenheid aan toepassingen, van procesbewaking tot aan biomedische analyses. Door nauwe samenwerking tussen onderzoek en industrie is het gelukt om een belangrijk hiaat in de toelevering van deze chips op te heffen. De nu beschikbare SiC-UV-fotodioden behoren tot de krachtigste ter wereld.
Op siliciumcarbide (SiC) gebaseerde fotodetectoren bieden lokaal belangrijke kwalitatieve en kwantitatieve informatie over UV straling. Ze worden onder andere gebruikt bij de bewaking en besturing van installaties voor UV- desinfectie (om bijvoorbeeld lucht of water te ontkiemen), voor vlambewaking en voor het harden van lakken en lijmen.
Technologie
Het Ferdinand-Braun-Institut van het Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH), het Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ) en het Berlijnse bedrijf sglux Sol Gel Technologies hebben SiC-UV-fotodioden ontwikkeld die tot de krachtigste halfgeleiderdetectoren in het UV bereik van 200 nm tot 380 nm behoren. Kenmerkend is de hoge ‘visuele blindheid’ ( >1010); daarmee zijn de sensoren ongevoeliger voor zichtbare straling. Met de lage donkerstroom (< 5 fA) zijn ze zelfs voor extreem gevoelige metingen geschikt.
Er vloeit echter ook een donkerstroom bij het ontbreken van UV straling, wat weer storend is bij een geringe straling. De dioden vertonen ook een grote stralingsbestendigheid, wat betekent dat ze ook bij langere bestraling stabiel blijven. Ook vullen ze een belangrijke lacune op, die ontstond toen de enige commerciële producent ter wereld van dergelijke fotodioden de productie staakte.
In het kader van het programma Transfer Bonus werd het productieproces van de UV-SiC-fotodioden met succes overgezet van 2 inch op 3 inch wafers. Dit werd noodzakelijk, omdat 2 inch wafers niet meer commercieel beschikbaar waren. Door de overstap werd het bovendien mogelijk om hogere aantallen te produceren tegen lagere kosten. Door de grote vraag verwacht Sglux een aanzienlijke omzetstijging en een groeiend personeelsbestand. Deze ontwikkeling is tegelijkertijd een voorbeeld voor een succesvolle overdracht van technologie.
Groeiproces
Een fotodiode zet licht om in een elektrische spanning of stroom. Dit effect is gebaseerd op een door kristalgroei (epitaxie) geproduceerde p-n-overgang. De spectrale gevoeligheid van een fotodiode hangt af van de elektrische structuur van het gebruikte halfgeleidermateriaal.
Een kristallijn SiC is heel geschikt voor een toepassing in het gebied van 200 nm tot 380 nm. De epitaxielagen worden bij het IKZ gekweekt op n-gedoteerde substraten SiC. De dikte van de lagen ligt tussen 0,15 µm en 5 µm en werd met een homogene laagspecifieke p- en n-dotering eerst op 2 inch wafers afgezet. Dit epitaxieproces, is in dit project overgezet op 3 inch wafers. Aansluitend werden de 2 inch respectievelijk 3 inch wafers bij het FBH in een proces bewerkt en door sglux opgebouwd.
De specifieke uitdaging bij het FBH bestond uit de ontwikkeling van structureringsprocessen en de elektrische aansluitingen van de p- en n-gedoteerde SiC lagen. Daarbij werd het etsproces ontwikkeld zowel voor het vlakke etsen (verwijderen van de p+ laag) als voor het diepe etsen (voor de elektrische isolatie van de componenten).
