Forschung & Entwicklung

Schlüsseltechnologien für photonische Schaltungen

Den Weg für eine technologische Revolution ebnen will ein Team des Lehrstuhls für Elektronische Bauelemente an der Bergischen Universität Wuppertal mit dem Projekt ‚PerovsKET‘.

Durch Miniaturisierung wurde die Mikroelektronik über Jahre hinweg verbessert. Der Fortschritt stößt jedoch immer mehr an physikalische Grenzen. In Zukunft könnte der Einsatz photonischer Schaltkreise, wobei Photonen Träger der Informationen sind, dies ändern.

Die Kombination elektronischer und photonischer Schaltungen auf einem Mikrochip – integrierte Optoelektronik – stellt hinsichtlich Übertragungsgeschwindigkeit und Effizienz Funktionalitäten in Aussicht, die bislang nicht erreicht wurden. Neben der Informations- und Kommunikationstechnik finden sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Sensorik bis hin zu sogenannten ‚Labor-auf-dem-Chip‘-Lösungen.

Der integrierten Optoelektronik fehlt allerdings die zentrale Komponente: eine geeignete (Laser-)Lichtquelle, die sich in Siliziumchips integrieren lässt. Hier kommen neue Halbleiter aus einer Materialklasse, die man als Mineralien kennt, ins Spiel – die Perowskite. Sie weisen großes Potenzial für die Integration in die Siliziumelektronik auf.

Als wichtige Vorarbeit wurde ein neuartiger Herstellungsprozess für besonders defektarme Perowskitschichten entwickelt. Dabei werden die aus einer Lösung aufgebrachten Schichten mittels eines thermischen Imprintverfahrens rekristallisiert. „Sehr vereinfacht gesprochen, werden die anfangs sehr rauen und defektreichen Perowskitschichten mit einem sehr präzisen Bügeleisen glattgebügelt. Dadurch werden nicht nur optische Verluste durch Lichtstreuung reduziert, sondern auch Strukturdefekte im Perowskithalbleiter beseitigt, die Lasertätigkeit erschweren oder unmöglich machen. Auch eine Strukturierung der Perowskitschichten mit photonischen Resonatorstrukturen, die für einen Laser benötigt werden, wird dadurch möglich“, erklärt Prof. Riedl vom Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente der Universität Wuppertal. Erst die spezifischen Kristalleigenschaften der Perowskite ermöglichen dieses Vorgehen.

Ziel des Projekts ‚PerovsKET‘ - Verbesserung der Mikrostruktur von Perowskiten mittels thermischem Nanoimprint als Schlüsseltechnologie für großflächige Perowskitoptoelektronik - ist es, die entwickelte Prozesstechnik besser zu verstehen und das bisher noch in den Perowskiten enthaltene Blei durch andere Metalle zu ersetzen. Der Projektpartner NB Technologies aus Bonn bringt ein patentiertes Nanoimprint-Verfahren mit innovativen Stempeln in das Projekt ein. Die Aachener Firma AMO wendet innovative Strukturierungsverfahren an, um die verbesserten Perowskitmaterialien in siliziumbasierte Chipsysteme zu integrieren.

Die nanophotonischen Bauelemente sollen eine wesentlich verbesserte Leistungsfähigkeit demonstrieren und Rekordwerte auch auf größeren aktiven Flächen als bisher erreichen. Idealerweise leisten die Arbeiten einen wesentlichen Beitrag auf dem Weg zur ersten Perowskitlaserdiode. Das übergeordnete Ziel bleibt aber die integrierte Optoelektronik.

Das Projekt zur Erforschung wichtiger Basistechnologien für die Informations- und Kommunikationstechnik der Zukunft wird aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und vom Land NRW über eine Laufzeit von 3 Jahren mit insgesamt rund 1,5 Mio. Euro gefördert.

von mn

www.uni-wuppertal.de

Firmeninformationen
© photonik.de 2019 - Alle Rechte vorbehalten