Silizium ist das wichtigste Ausgangsmaterial für günstige Chips und Prozessoren. Es hat allerdings einen großen Nachteil: als so genannter indirekter Halbleiter leuchtet es kaum. Forschern ist es nun aber erstmals gelungen, Silizium im Wechsel sowohl Blau als auch Rot leuchten zu lassen. Sie berichten hierüber im Fachjournal „Applied Physics Letters“. Die zweifarbige Lichtquelle könnte die Entwicklung kompakter und preiswerter Biosensoren ermöglichen.
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Silizium zum Leuchten zu bringen, die so genannte Elektrolumineszenz, ist keine einfache Aufgabe. Denn das Halbmetall gibt in seiner natürlichen Form freiwillig nur wenige Lichtquanten frei. Nun können jedoch Physiker vom Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) die Farbe des ausgesandten Lichtes der Siliziumprobe gezielt zwischen zwei Farben – Blau und Rot – wechseln lassen. Sie schalten, je nach Höhe des an die Siliziumprobe angelegten Stroms, zwischen Blau und Rot um. Die gute Integrierbarkeit dieser Lichtemitter mit der etablierten Siliziumtechnologie ist dabei von entscheidender Bedeutung, denn der zweifarbige Nano-Wechselschalter könnte preiswert und einfach in herkömmliche Silizium-Chips eingebaut werden.
Isolator- Schicht aus Siliziumdioxid
Für die Herstellung der Testelemente bringt die Gruppe um Wolfgang Skorupa auf eine Siliziumoberfläche eine nur hundert Nanometer (ein Nanometer entspricht einem Millionstel Millimeter) dicke Isolator- Schicht aus Siliziumdioxid auf. In diese wird mit Hilfe von schnellen geladenen Atomen, einem Ionenstrahl, das chemische Element Europium, das zur Gruppe der „Seltenen Erden“ gehört, eingetragen.
Die Besonderheit von Europium besteht darin, dass sich zwei verschiedene Arten von Störstellen infolge unterschiedlicher chemischer Wertigkeiten des Europiums im Oxid ausbilden können. Diese sind auch die Ursache für die Lumineszenz im blauen und roten Farbbereich. Je nach Stärke des angelegten Stromes wird die eine oder die andere Störstelle zum Leuchten angeregt.
Zur Anwendung kann die farbige Wechselschaltung etwa im Bereich von Biosensoren kommen. So könnte die neue Silizium-Lichtquelle dabei helfen, Umweltproben vor Ort in der Natur preiswert, sicher und schnell auf verschiedene Verunreinigungen hin zu untersuchen.
(idw – Forschungszentrum Dresden-Rossendorf, 23.05.2007 – AHE)
