Mikro- und Nanofabrikation
Farbzenterbildung
Femtosekunden-Laserschreiben erzeugt leerstellenbezogene Farbzentren in SiC und GaN für Quantentechnologien.
Produktbeschreibung
Laser-geschriebene Farbzentren
Illustration des Laserschreibens von Farbzentren (links), Siliciumcarbid mit Arrays laser-geschriebener Farbzentren (rechts). Mit freundlicher Genehmigung von RMIT University, Melbourne.
Warum Farbzentren wichtig sind
Farbzentren in Halbleitern mit großer Bandlücke sind für Quantentechnologien relevant, da sie Einzelphotonenquellen erzeugen oder als Spin-Qubits sowie in Anwendungen der Quantensensorik genutzt werden können. Femtosekunden-Laserschreiben ermöglicht die leerstellenbezogene Bildung von Farbzentren in Siliciumcarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) und führt zu Photolumineszenz vom sichtbaren bis in den infraroten Spektralbereich.
Wie die Farbe entsteht
Der Prozess der Farbzentrenbildung umfasst Punktdefekte oder Punktdefektcluster, die mit eingefangenen Elektronen oder Löchern in gewöhnlich transparenten Materialien verbunden sind. Wird der elektronische Grundzustand des Defekts durch Absorption von Laserlicht in höhere Energiezustände angeregt, bewirken diese Zentren, dass der Festkörper farbig wird.
Mit PHAROS geschriebene SiC-Arrays
Mit einem PHAROS-Laser bei einer Wellenlänge von 515 nm und einer Pulsdauer von 230 fs erzeugten Wissenschaftler der RMIT University große Arrays von Silicium-Leerstellen-Defekten in SiC mit hoher Lokalisierung innerhalb des konfokalen Beugungslimits von 500 nm und minimaler Materialschädigung. Die Zahl der gebildeten Farbzentren zeigte eine Potenzgesetzskalierung mit der Laser-Fertigungsenergie, was darauf hinweist, dass photoinduzierte Ionisation die Farbzentren erzeugt. Arrays von Farbzentren spielen eine entscheidende Rolle in Quantenanwendungen. Sowohl die Femtosekundenlaser CARBIDE als auch PHAROS können eingesetzt werden, um Farbzentren in Halbleitern mit großer Bandlücke zu erzeugen.
