Silizium leuchtet ultraviolett

Die Weltpremiere für ultraviolett leuchtendes Silizium fand dieser Tage im Forschungszentrum Rossendorf (FZR) in Dresden statt. In Kooperation mit der nanoparc GmbH, einer aus dem FZR ausgegründeten Firma, entwickelten Wissenschaftler des Forschungszentrums die weltweit erste in Siliziumtechnologie hergestellte Lichtquelle für ultraviolettes Licht (UV). Das von der Lichtquelle ausgehende UV-Licht soll neue und günstige Anwendungen v. a. im Bereich der Biosensorik ermöglichen.

Silizium, das leuchtet, war noch zu Beginn der 90er Jahre undenkbar in der Physik. Dann kamen zunächst die Farben rot und gelb und Mitte der 90er Jahre auch die für die Siliziumtechnologie schwierige Farbe blau. Dr. Wolfgang Skorupa, Leiter der zuständigen Forschungsabteilung im FZR, gelangen damals auf Anhieb die ersten Experimente mit einer blau-violetten Lichtquelle (Wellenlänge: 400 Nanometer). An diese Arbeiten mit blauem Licht knüpft der heutige Erfolg der Rossendorfer Physiker mit ultraviolettem Licht (Wellenlänge: 316 Nanometer) an.

Dazu werden Ionen (geladene Teilchen) aus der Gruppe der „Seltenen Erden“ in dünne Siliziumdioxidschichten geschossen und anschließend elektrisch zum Leuchten angeregt. Die ersten Versuche führten zu einer externen Quantenausbeute von etwa 1%. „Das ist ein beachtlicher Wert für diese Systeme“, so Wolfgang Skorupa, und er ist sich sicher, dass sich der Wert noch weiter steigern lässt. Die ultraviolett leuchtenden Oxidschichten wiederum befinden sich auf einem Silizium-Wafer, die neue Lichtquelle kann also in herkömmliche Silizium-Chips integriert werden. Die Vorteile liegen auf der Hand: da der Herstellungsprozess auf der Standard-Silizium-Technologie beruht, lässt sich ultraviolettes Licht bald schon kostengünstig und einfach in einen Chip einbauen.

Die neue Verbindung von elektrischen und optischen Funktionen auf einem einzelnen Silizium-Chip ist derzeit vor allem für die Entwicklung von so genannten „Lab-on-a-Chip“-Systemen interessant. Das sind Minilabore mit schnellen und kostengünstigen Analysemöglichkeiten für die Umwelt- und Biotechnologie. Mit ihrer Hilfe lassen sich kleinste Mengen Flüssigkeit beispielsweise auf Umweltgifte hin analysieren. Der Geschäftsführer der nanoparc GmbH, Dr. Thoralf Gebel, erläutert: „Die ultraviolette Lichtquelle soll in „Lab-on-a-Chip“-Systemen für Vor-Ort-Schnelltests in der Lebensmittel- oder Wasserüberwachung eingesetzt werden“. Die Rossendorfer Arbeiten fanden international starke Beachtung und werden jetzt in der nanoparc GmbH zur Marktreife geführt.