Ein "Rezeptbuch", das Farbzentren in Siliziumkarbidkristallen erzeugt
Unterschiedliche Temperatur- und Protonendosierungen für die Herstellung von Defekten
Siliziumkarbid (SiC), ein Werkstoff, der für seine Zähigkeit bei Anwendungen vom Schleifmittel über Autobremsen bis hin zur Hochtemperatur-Leistungselektronik bekannt ist, hat ein erneutes Interesse an seinem Potenzial in der Quantentechnologie geweckt. Seine Fähigkeit, optisch anregbare Defekte, die sogenannten Farbzentren, aufzunehmen, hat es zu einem starken Kandidatenmaterial gemacht, um zum Baustein des Quantencomputings zu werden.
Grünes SiC-Substrat am unteren Rand mit der Graphenschicht auf der Oberseite, die von Protonen bestrahlt wird, wodurch ein lumineszierender Defekt im SiC-Kristall entsteht
Maximilian Rühl
Nun hat eine Forschergruppe eine Liste von "Rezepten" erstellt, mit denen Physiker bestimmte Arten von Defekten mit gewünschten optischen Eigenschaften in SiC erzeugen können. In einem der ersten Versuche, Farbzentren systematisch zu erforschen, verwendete die Gruppe Protonenbestrahlungstechniken, um die Farbzentren in Siliziumkarbid herzustellen. Sie passten Protonendosis und Temperatur an, um die richtigen Bedingungen zu finden, die zuverlässig die gewünschte Art von Farbzentrum erzeugen.
Atomdefekte im Gitter von SiC-Kristallen erzeugen Farbzentren, die Photonen mit einzigartigen spektralen Signaturen emittieren können. Während einige Materialien, die für die Quanteninformatik in Frage kommen, tiefkalte Temperaturen erfordern, können Farbzentren in SiC bei Raumtemperatur emittieren. Da der Vorstoß zur Entwicklung immer kleinerer Bauelemente in Richtung atomarer Sensoren und Ein-Photonen-Emitter weitergeht, macht die Fähigkeit, die Vorteile der bestehenden SiC-Technologie für integrierte Schaltungen zu nutzen, das Material zu einem herausragenden Kandidaten.
Um die Defekte zu erzeugen, bombardierten Michael Krieger und seine Kollegen SiC-Proben mit Protonen. Das Team ließ das SiC dann eine Erwärmungsphase durchlaufen, die als Glühen bezeichnet wird. "Wir richten großen Schaden an diesen Kristallen an", sagte Krieger. "Beim Glühen erholt sich jedoch die Kristallstruktur, aber es entstehen auch Defekte - einige von ihnen sind die gewünschten Farbzentren."
Um sicherzustellen, dass ihre Rezepturen mit der üblichen Halbleitertechnologie kompatibel sind, entschied sich die Gruppe für die Protonenbestrahlung. Außerdem benötigt dieser Ansatz keine Elektronenbeschleuniger oder Kernreaktoren wie andere Techniken zur Erzeugung von Farbzentren.
Die Daten aus der Verwendung verschiedener Dosen und Glühtemperaturen zeigten, dass die Produktion von Fehlern in SiC einem Muster folgt. Zunächst erzeugen Protonen überwiegend Siliziumleerstellen im Kristall, dann wandeln sich diese Leerstellen sequentiell in andere Defektkomplexe um.
Die Untersuchung der Niedertemperatur-Photolumineszenzspektren der Defekte veranlasste das Team, drei bisher nicht berichtete Signaturen zu entdecken. Es wurde gezeigt, dass die drei temperaturstabilen (TS) Linien mit der Protonendosis und der Glühtemperatur korrelieren.
Krieger sagte, dass diese TS-Linien spannende Eigenschaften haben und weitere Forschungen laufen bereits, da die Gruppe hofft, diese Defekte für den Einsatz in SiC-basierten Quantentechnologie-Bauteilen zu nutzen und zu kontrollieren.
Originalveröffentlichung
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
![[Fe]-Hydrogenase-Katalyse mittels Parawasserstoff-verstärkter Kernmagnetresonanzspektroskopie sichtbar gemacht](https://img.chemie.de/Portal/News/675fd46b9b54f_sBuG8s4sS.png?tr=w-712,h-534,cm-extract,x-0,y-16:n-xl)
Diese Produkte könnten Sie interessieren
VEGAPULS | VEGABAR | VEGASWING von VEGA Grieshaber
Füllstände cybersicher überwachen - so geht’s
Erfahren Sie mehr über den einzigartigen Sensor für flüssige und feste Medien
SprayMaster inspex von LaVision
Qualitätsprüfung für Ihren Sprühprozess durch digitale Spray- und Partikelanalyse
Verlässlich, automatisiert, digital – Die Geometrie-Messung Ihres Sprühverfahrens in Echtzeit
FireSting-PRO von PyroScience
Neues faseroptisches Messgerät: Präzise Messungen selbst in kleinsten Volumen
Messen Sie pH, Sauerstoff und Temperatur sogar unter sterilen Bedingungen
VIONIC powered by INTELLO von Metrohm
Der neue Potentiostat ideal für Batterie-, Brennstoffzellen- und Elektrolyseapplikationen
VIONIC powered by INTELLO
Holen Sie sich die Chemie-Branche in Ihren Posteingang
Ab sofort nichts mehr verpassen: Unser Newsletter für die chemische Industrie, Analytik, Labor und Prozess bringt Sie jeden Dienstag und Donnerstag auf den neuesten Stand. Aktuelle Branchen-News, Produkt-Highlights und Innovationen - kompakt und verständlich in Ihrem Posteingang. Von uns recherchiert, damit Sie es nicht tun müssen.
Meistgelesene News
Weitere News von unseren anderen Portalen
Verwandte Inhalte finden Sie in den Themenwelten
Themenwelt Sensortechnik
Die Sensortechnik hat die chemische Industrie revolutioniert, indem sie präzise, zeitnahe und zuverlässige Datenbereitstellung in einer Vielzahl von Prozessen ermöglicht. Vom Überwachen kritischer Parameter in Produktionslinien bis hin zur Früherkennung potenzieller Störungen oder Gefahren – Sensoren sind die stillen Wächter, die Qualität, Effizienz und Sicherheit gewährleisten.
Themenwelt Sensortechnik
Die Sensortechnik hat die chemische Industrie revolutioniert, indem sie präzise, zeitnahe und zuverlässige Datenbereitstellung in einer Vielzahl von Prozessen ermöglicht. Vom Überwachen kritischer Parameter in Produktionslinien bis hin zur Früherkennung potenzieller Störungen oder Gefahren – Sensoren sind die stillen Wächter, die Qualität, Effizienz und Sicherheit gewährleisten.
