Die Datenübertragung mittels Licht gilt in der Kommunikationstechnik als vielversprechende Technologie, um immer größere Datenmengen bei immer höheren Datenraten über weite Entfernungen zu übertragen. Die mögliche Übertragungsrate ist durch die Schnittstelle begrenzt, an der die Lichtwellen, etwa aus einem Glasfaserkabel, in elektronische Signale umgewandelt werden. Hier kommen Photodetektoren zum Einsatz, die sich zur Lichtdetektion üblicherweise die Absorption in Halbleitermaterialien zu Nutze machen.

KIT-Wissenschaftler des Instituts für Mikrostrukturtechnik (IMT) haben einen neuartigen Hochgeschwindigkeitsphotodetektor entwickelt, der im Gegensatz dazu die interne Photoemission zur Lichtdetektion nutzt – angeregt durch Licht lösen sich Elektronen aus Metallen heraus, die als Signal ausgewertet werden. Dadurch lässt sich der Platzbedarf des Detektors auf unter einen Quadratmikrometer reduzieren, während Datenraten über 40 Gigabit pro Sekunde erreicht werden können. Die Erzeugung und Detektion von elektromagnetischen Wellen bei mehreren hundert Gigahertz ist möglich. Diese hohe Bandbreite wird durch eine geringe Distanz der Elektroden erreicht, welche mithilfe des neuen Aufbaukonzepts umsetzbar ist. Dazu kombinieren die Wissenschaftler Gold, Silizium und Titan als Metall-Halbleiter-Übergang in einer speziellen Geometrie, deren Querschnitt an das Zeichen Pi (?) erinnert. Die Elektroden werden nur durch eine 100 Nanometer dünne Siliziumschicht voneinander getrennt. Der Detektor lässt sich in einen integrierten Schaltkreis, insbesondere Photonic Integrated Circuits (PIC), auf Siliziumbasis integrieren.

Ein Modenkonverter überführt dabei das Lichtsignal aus dem Siliziumwellenleiter in ein Oberflächenplasmon im Detektor. Dieses Plasmon ist gekennzeichnet durch hochkonzentrierte elektromagnetische Wellen, die eine effiziente Nutzung der internen Photoemission ermöglichen.

Der plasmonische Photodetektor wurde in einem mehrstufigen Verfahren am Institut gefertigt, wobei hier kostengünstige Standardverfahren, wie Lithografie, Trockenatzung und Bedampfung, angewandt wurden.

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