News

Nanostrukturen für Infrarot-Photonik

Der soeben eingerichtete Spezialforschungsbereich IR-ON beschäftigt sich mit der Analyse, dem Verständnis und der Entwicklung von Bauelementen im Infrarot-Bereich. ForscherInnen der TU Wien sind federführend mit dabei.

Unsere Lebensqualität hängt im hohen Maße von unseren chemischen Umweltbedingungen ab, die wir im zunehmenden Masse selbst beeinflussen. Durch die weltpolitischen Veränderungen ist auch der Bedarf an zivilen Überwachungssystemen gestiegen. Viele chemische Verbindungen (Medikamente, Sprengstoffe, Drogen, Umweltgifte) lassen sich durch ihr Verhalten im infraroten Spektralbereich eindeutig und schnell zuordnen. Breit einsetzbare Infrarot-Systeme werden benötigt zum Auffinden verbotener oder gefährlicher Substanzen, zum Bestimmen der Umweltbelastung, zur Emissionskontrolle und zur "on-line" Bestimmung von Parametern im medizinischen Bereich.

 

IR-ON (infrared optical nanostructures) - soeben als FWF-Spezialforschungsbereich, eingerichtet, Sprecher: Karl Unterrainer, Institut für Photonik der TU Wien - widmet sich dieser Aufgabenstellung. Ziel ist die Entwicklung neuer Halbleiter-Nanostrukturen, um ein reales Alltagsproblem zu lösen ? nämlich den Mangel an geeigneten photonischen Bauelementen im infraroten Wellenlängenbereich (2-20 Mikrometer). Dazu werden neue physikalische Effekte untersucht und neuartige Bauelemente-Konzepte entworfen. Am Forschungsprogramm beteiligen sich die Halbleiter- und Nanotechnologie-Gruppen der TU Wien (konkret die Institute für Photonik, Festkörperelektronik und Mikroelektronik sowie das Zentrum für Mikro-und Nanostrukturen) und der Universität Linz sowie Computersimulations-Gruppen an der Universität Wien und der TU München.

 

 

 

Nanostrukturen aus halbleitenden Materialien, sogenannte Quantenpunkte, bieten eine faszinierende Perspektive für die Entwicklung neuer Bauelemente und Technologien. Quantenpunkte sind "künstliche" Atome, wobei eine ideale Verbindung zwischen deren "Quantennatur" und den bekannten ?klassischen? Eigenschaften von Halbleitern erreicht wird. Diese "Atome" können mit elektrischen Drähten versorgt, kontaktiert und in elektronische Schaltungen integriert werden. Die Verkleinerung der Halbleiter auf unter 100 Nanometer (das entspricht 300 Atomen nebeneinander) führt zur Ausbildung von Quantenniveaus für infrarote Photonen und daher zu neuer Funktionalität und nicht nur zu höherer Packungsdichte. Als Ergebnis entstehen neue optische Eigenschaften im Infraroten. Es ist das Ziel von IR-ON diese neuen, durch die Quantisierung bestimmten Eigenschaften grundlegend zu erforschen, zu verstehen und für Anwendungen zu nutzen.

 

Eine Zielsetzung besteht darin, Silizium durch Silizium-Germanium Quantenpunkte optisch aktiv zu machen und damit hochintegrierten Schaltkreisen neben ihrer Rechenleistungen auch optische Sensorleistung zu verleihen. Die Möglichkeit, Quantenpunkte einzeln und zuverlässig anzusteuern, ist eines deranspruchsvollen Langzeitziele von IR-ON. Damit werden Quantenpunktdetektoren mit unerreicht scharfen Absorptionslinien für extrem präzise Spektroskopie und Sensorik möglich. Durch zusätzliche Kontrolle von einzelnen Elektronen kann die Nachweisgrenze soweit gesteigert werden, dass einzelne Photonen beobachtet werden können oder im ungekehrten Fall Photonen einzeln, zielgerichtet ausgesandt werden können.