HgCdTe-basierte Quantentrogstrukturen für die Heterodynspektroskopie im mittleren Infrarot

• Antragsteller: Professor Dr. Heinz-Wilhelm Hübers
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448961446

Das gemeinsame Ziel der deutschen und russischen Forschergruppen ist es, einen Mischer für ein Heterodynspektrometer, das im mittleren Infrarot (MIR) bei Wellenlängen von 9 bis 30 Mikrometer arbeiten soll, zu entwickeln. Dies ist von besonderem Interesse für die Astronomie, da in diesen Wellenlängenbereich Emissionslinien des astronomisch wichtigen molekularen Wasserstoffs, H2, fallen. Der Mischer basiert auf HgxCd1–xTe/CdyHg1–yTe Quantentrogstrukturen. Die notwendige Detektionsgeschwindigkeit des Mischer soll durch gezieltes einbringen von Hg Verunreinigungen erfolgen. Diese wirken als Rekombinationszentren für optisch angeregte Ladungsträger, wodurch sich die Rekombinationszeit und damit die Bandbreite des Mischers einstellen lässt. Die Quantentrogstrukturen können so entworfen und hergestellt werden, dass mit ihnen für Anwendungen als Detektor ein Optimum hinsichtlich Empfindlichkeit und Antwortgeschwindigkeit erzielt wird. Darüber hinaus kann die gezielte Einstellung der Bandlücke mittels Variation der chemischen Zusammensetzung dazu genutzt werden, die spektrale Empfindlichkeit für bestimmte Wellenlängen zu optimieren. Unerwünschte nicht-strahlende Rekombinationsmöglichkeiten der elektrischen Ladungsträger wie z.B. die Auger- oder die Shockley-Read-Hall-Rekombination können minimiert werden. Die dadurch mögliche Kontrolle der Lebensdauer der Ladungsträger ist die Basis für die Entwicklung und Herstellung von empfindlichen Mischern für die Heterodyndetektion, wie sie in diesem Projekt geplant ist. Grundlage für diese Entwicklung ist die theoretische Modellierung der Strukturen und ihre kontrollierte Herstellung mittels Molekularstrahlepitaxie. Die Eigenschaften der so entwickelten Strukturen werden mittels diverser optischer Verfahren wie beispielweise der Infrarotspektroskopie und der zeitaufgelösten Anregungs-Abfrage-Spektroskopie untersucht. Das abschließende Ziel des Projektes ist es, die Leistungsfähigkeit der neuen Mischer in einem MIR Heterodynspektrometer zu demonstrieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research, bis 3/2022
• Kooperationspartner: Professor Dr. Vladimir I. Gavrilenko, bis 3/2022