Integrierter Photodetektor zur Längenmessung

Bunte, Eerke

Dissertation / PhD Thesis

Integrierter Photodetektor zur Längenmessung

Bunte, E. (Corresponding Author)FZJ*

2004
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich

Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag, Schriften des Forschungszentrums Jülich. Reihe Energietechnik / energy technology 40, XI, 110 S. (2004) = Technische Universität Braunschweig, Diss., 2004

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/423

Abstract: Über die Abtastung des Intensitätsprofils einer optischen stehenden Welle, welche zwischen einem HeNe-Laser mit der Wellenlänge $\lambda$ = 633 nm und einem Planspiegel erzeugt wird, lässt sich ein neuartiges System für Längenmessungen im nm-Bereich realisieren. Gegenüber der herkömmlichen Lösung, dem Michelson-Interferometer, besticht der neue Aufbau durch seine geringe Anzahl optischer Komponenten und die leichte optische Justierbarkeit. Das Intensitätsprofil einer stehenden Welle ist durch das Auftreten von Intensitätsminima und - maxima mit einer Periode von $\lambda$/2 gekennzeichnet. Zwei mit fester Phasenbeziehung in die stehende Welle gebrachte Detektoren, welche einen zur Intensität an ihrem Ort proportionalen Photostrom liefern, ermöglichen Längenmessungen nach dem Inkrementzählverfahren. Im Rahmen dieser Arbeit wurden transparente Detektoren auf Glassubstraten entwickelt, welche die Funktionalität dieser Methode demonstrieren. Es handelt sich dabei um dünne pin-Photodioden aus amorphem Silizium, welche mittels transparenter Zinkoxid-Schichten kontaktiert werden. Für die Präparation standen mit der plasmaunterstützten Gasphasenabscheidung für das amorphe Silizium und dem Sputter-Verfahren für das Zinkoxid zwei typische Dünnschichttechnologien zur Verfügung. Mittels Photolithographie und verschiedenen Ätzverfahren wurden die Dioden aus dem großflächigen Dünnschichtsystem (10 x 10 cm$^{2}$) strukturiert. Die Verhinderung von Kurzschlüssen in den extrem dünnen (<90 nm) Siliziumschichten bei einer Absorberschichtdicke von $\approx$ 40 nm stellte eine besondere Herausforderung dar. Zunächst wurden einzelne Photodioden mit hoher Transmission (>83%) und niedrigem, aber ausreichendem Quantenwirkungsgrad ($\approx$ 1%) bei der Wellenlänge $\lambda$ realisiert. Mit zwei dieser Bauelemente auf der optischen Achse konnte eine praktische Umsetzung des vorgeschlagenen Messverfahrens demonstriert werden. Als herausragendes Ergebnis wurde ein integrierter, phasenselektiver, transparenter Detektor (PSTD) entwickelt, welcher die zwei Photodioden in einem Bauelement vereint. Der PSTD weist eine hohe Transmission bei $\lambda$\ auf (70%) und ermöglicht ein im mechanischen Aufbau und in der optischen Justierung extrem einfaches Verfahren für Längenmessungen im nm-Bereich. Der kleinste erreichte Messfehler beträgt unter Laborbedingungen T15 nm, was das hohe Potenzial dieser Messmethode unterstreicht. Die Genauigkeit der Messungen wird beim jetzigen Stand der Dinge durch technologisch bedingte Abweichungen der Schichtdicken limitiert.

Note: Record converted from VDB: 12.11.2012
Note: Technische Universität Braunschweig, Diss., 2004

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