Ziel der Entwicklung

Logo: REM Aufnahmen der tiefengeätzten Säulen (Detail: Säulenboden). Die Säulen sind mit Oxid (hier: weiß) passiviert und mit Polysilizium gefüllt. - © CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik GmbH
REM Aufnahmen der tiefengeätzten Säulen (Detail: Säulenboden). Die Säulen sind mit Oxid (hier: weiß) passiviert und mit Polysilizium gefüllt. - © CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik GmbH

3D-Detektoren stellen hinsichtlich der Fertigungstechnik eine besondere Herausforderung dar. Die Strukturierung der in die Tiefe des Substrats gehenden Anoden- und Kathodenkontakte bedarf einer fein abgestimmten Prozessfolge, die das Auffüllen der Bohrungen und anschließende Planarisierungen beinhaltet, um nachfolgende Strukturierungen zu ermöglichen.

Vorteile und Lösungen

Die Entwicklungen zielen auf besonders strahlenharte und kompakte Sensoren für hochenergetische Strahlung, bei gleichzeitig kleinen Strukturgrößen einzelner sensitiver Zonen (Pixel) eines Sensorarrays. Ziel war es, eine 3D-Technologieplattform zu etablieren und erste Demonstratoren herzustellen.
Hierzu wurde ein Netzwerk von Zellen zuerst simuliert und modelliert, das dann in 3D-Detektoren und Würfeldetektoren umgesetzt wurde.
Bohrungen mit definierten Tiefen (um die 100 Mikrometer) und definierten Durchmessern (fünf Mikrometer) wurden erfolgreich mit verschiedenen Dotanden auf denselben Chips erfolgreich dotiert.
Als Dotierung für den p-Typ stellte sich die Dotierung mit Borbromid (BBr) aus der Gasphase als am erfolgversprechendsten heraus, für die n-Typ-Dotierung die P-Dotierung aus der Gasphase nach dem POCl-Verfahren. Ebenfalls wirksam konnte die Passivierung der Bohrungen nach Dotierung und vor dem Füllen der Bohrungen mit Polysilizium realisiert werden. Weiterhin wurde die Strahlenfestigkeit der Detektoren durch eine Sauerstoffanreicherung der Wafer erhöht. Die besondere Herausforderung, dass auf demselben Wafer und Chip beide Dotandentypen in das Silizium getrieben werden mussten, die Bohrungen strukturiert, dotiert, passiviert und für die Prozessierung des jeweils anderen Typs gefüllt, planarisiert sowie anschließend ankontaktiert werden mussten, konnte erfolgreich bewältigt werden.

Zielgruppe und Zielmarkt

Im Fokus der Verwertung stehen:
Großforschungsanlagen und –geräte, insbesondere Hochenergiephysik (HEP), Astronomie und Kosmosforschung (CR); Strahlenharte großflächige Pixeldetektoren für die innersten Lagen bei
Hochenergie-Physikexperimenten; hochgranulare Pixeldetektoren in Linear Collidern; Pixel- und Driftdetektoren für Röntgenfluoreszenzanalyse sowie Röntgenbeugung.

Neben der Grundlagenforschung an Großexperimenten und kleineren Instituten gehören zu den weiteren Ziel-Märkten die Medizintechnik, also Module für die Diagnostische Bildgebung, besonders Röntgendiagnostik / Radiographie (Tomographie CR, PET, Mammographie), Röntgenspektraltomographie, Neutronentomographie / Neutronographie. Ebenfalls zählt die Materialprüfung zum Zielmarkt, beispielsweise zur Prüfung sicherheitsrelevanter Teile in der
Nuklearindustrie, Windkrafttechnik, bei Luft- und Raumfahrtkomponenten , Prozessmess- und Labor-/Analysetechnik, Sicherheitstechnik, Umwelttechnik, Kunst (unter anderem Zustandüberwachung), Architektur / Gebäudesicherheit.
Der Markt der Strahlungsdetektoren hat sich gegenüber dem Zeitpunkt der Projektbeantragung weiter positiv entwickelt.