Zinkoxid-Szintillatoren immer schneller

Foto: Der Zinkoxid-Szintillator

Da es sich bei ZnO um einen Halbleiter handelt, der eine direkte Bandstruktur besitzt, wird das Licht innerhalb weniger als einer Milliardstel Sekunde nach Eintreffen des Elektrons ausgesendet und erlaubt so eine schnelle Antwort. "Dies ist wichtig für eine Generation von Raster-Elektronen-Mikroskopen, die mit wesentlich schnelleren Rastergeschwindigkeiten arbeiten und so höhere Anforderungen an die Zeitauflösung des Elektronendetektors und damit an den Szintillator stellen.", erklärt Prof. Dr. Marius Grundmann, Direktor des Instituts für Experimentelle Physik II und Leiter der Abteilung Halbleiterphysik.

Zinkoxid haben die Forscher wegen seiner guten Quantenausbeute und damit Lichtintensität als Materialsystem gewählt. In einer der Leipziger Oxid-Epitaxieanlagen wurde das Zinkoxid mit dem ultravioletten Licht eines gepulsten Hochleistungslasers verdampft und als dünner Film mit einer Dicke von etwa 1 Mikrometer auf Saphir (Aluminiumoxid) in einem Vakuumverfahren abgeschieden.

"Die Bedingungen während des Wachstums wurden so optimiert, dass die Schichten eine möglichst große Lichtausbeute haben." sagt Dr. Michael Lorenz, der die Oxid-Epitaxie leitet.

Es gelang den Wissenschaftlern die spektralen Eigenschaften des emittierten Lichtes und den beschriebenen Reabsorptionseffekt, sowie seine Abhängigkeit von Schicht- und Anregungsparametern erstmalig genau und in hervorragender Übereinstimmung mit dem Experiment zu modellieren.

Die hergestellten Zinkoxid-Schichten sind zudem über eine große Fläche sehr homogen, das heißt die Lichtausbeute variiert nur sehr wenig mit dem Auftreffpunkt des Elektrons. Hierzu bilden die Leipziger Forscher diesen Prozess in einem Elektronenmikroskop mit Hilfe der Kathodolumineszenz direkt ab. Die Homogenität ist einen Faktor 100-1000 besser als bei herkömmlichen Szintillatoren, die auf Pulverbasis hergestellt werden, was für das geringe Rauschen des Detektors essentiell ist.

COMPAMED.de; Quelle: Universität Leipzig