Siliziumdetektor für Elektronen mit Energien von 1 keV

15.12.2020

Die Elektromobilität ist auf dem Vormarsch. Wesentliches Problem auf dem Weg zur Elektromobilität ist die Kapazität der Batterie. Um diese zu steigern ist Forschungsarbeit zu leisten. Dabei ist insbesondere die Oberflächenbeschaffenheit der Kathode von Lithium-Ionen-Batterieren entscheidend. Eine Charakterisierung dieser Oberflächen mittels Rasterelektronenmikroskopie (s. Abb. 1) spielt dabei die wesentliche Rolle. An der Verbesserung solcher Rasterelektronenmikroskope zur Analyse oberflächennaher Strukturen ist das CiS mit dem Projekt SiekeV (gefördert durch das BMWi) beteiligt.

In dem Projekt SiekeV geht es darum die Quanteneffizienz von Siliziumdioden bezüglich der Einstrahlung niederenergetischer Elektronen zu erhöhen. Durch die Detektion niederenergetischer Elektronen ist es möglich sehr oberflächensensitiv Rasterelektronenmikroskopieaufnahmen zu machen. In diesem Projekt konnte nun ein regelrechter Durchbruch erzielt werden. Die Quanteneffizienz von niederenergetischen Elektronen einer Energie von 1keV wurde von 2% für eine Standard pn-Diode auf 75% für den neu entwickelten Elektronendetektor erhöht (s. Abb. 2). Erreicht wurde dies durch eine Optimierung der Prozessparameter. Es konnten neue Design rules erstellt werden. Wesentlich sind dabei die tiefe des pn-Überganges und die Dicke des Deckschichtssystems. Beides konnte deutlich reduziert werden, so dass niederenergetische Elektronen im Silizium mit hoher Quanteneffizienz Elektronen-Loch-Paare erzeugen können.