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2011 – Characterisation of SiC photodiodes for high irradiance UV radiometers

von

S. Nowy¹, B. Barton¹, S. Pape¹, P. Sperfeld¹, D. Friedrich¹, S. Winter¹, G. Hopfenmueller², and T. Weiss²,
¹Physikalisch-Technische Bundesanstalt Braunschweig und Berlin (PTB), 4.1 Photometry and Applied Radiometry, Braunschweig, Germany, ²sglux GmbH, Berlin, Germany

Proceedings of NEWRAD2011, edited by S. Park and E. Ikonen. (Aalto University, Espoo, Finland, 2011) p. 203.

Abstract
For monitoring high UV irradiance, silicon carbide (SiC) based photodiodes are used. In this paper we describe the characterization of the novel SiC UV photodiodes in terms of their spectral and integral responsivity. Special attention is paid to the aging behavior of the photodiodes due to high UV irradiance. Artificial aging of the samples is performed by illumination with a high power medium pressure mercury discharge lamp.

2012 – Highly reliable Silicon Carbide photodiodes for visible-blind ultraviolet detector applications

von

D. Prasai¹, W. John¹, L. Weixelbaum¹, O. Krueger¹, G. Wagner², P. Sperfeld³, S. Nowy³, D. Friedrich³, S. Winter³ and T. Weiss⁴,
¹Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut fuer Hoechstfrequenztechnik, Berlin, Germany, ²Leibniz-Institut fuer Kristallzuechtung, Berlin, Germany, ³Physikalisch-Technische Bundesanstalt Braunschweig und Berlin (PTB), 4.1 Photometry and Applied Radiometry, Braunschweig, Germany, ⁴sglux GmbH, Berlin, Germany

J. Mater. Res., first view (2012).

Abstract
Highly efficient polytype 4H silicon carbide (4H-SiC) p–n diodes for ultraviolet (UV) light detection have been fabricated, characterized, and exposed to high-intensity mercury lamp irradiation (up to 17 mW/cm²). The behavior of the photocurrent response under UV light irradiation using a low-pressure mercury UV-C lamp (4 mW/cm²) and a medium-pressure mercury discharge lamp (17 mW/cm²) has been studied. We report on long-term UV photoaging tests performed for up to 22 mo. Results demonstrate the robustness of SiC photodiodes against UV radiation. The devices under test showed an initial burn-in effect, i.e., the photocurrent response dropped by less than 5% within the first 40 h of artificial UV aging. Such burn-in effect under UV stress was also observed for previously available polytype 6H silicon carbide (6H–SiC) p–n photodetectors. After burn-in, no measurable degradation has been detected, which makes the devices excellent candidates for high irradiance UV detector applications.

2018 – UV-Index-Messsung mit SiC-basierten Radiometern

von

Johanna Luise Krüger², Dr. Niklas Papathanasiou¹, Stefan Langer¹, Gabriel Hopfenmüller¹, Dr. Tilman Weiss¹
¹sglux GmbH, Berlin, Germany, ²Technische Universität Bergakademie Freiberg, Germany

50. Jahrestagung des Fachverbandes Strahlenschutz 2018, Dresden

Zusammenfassung
Umweltdaten müssen erfasst werden, um die Lebensqualität und die Gesundheit der Bevölkerung zu erhalten und zu verbessern. Dabei leistet der solare UV-Index (UVI) einen wichtigen Beitrag, indem er Schutzbeauftragten und Privatpersonen Hinweise für Schutzmaßnahmen und eine angemessene Aufenthaltszeit in der Sonne gibt. In Deutschland wird der UV-Index durch das vom Bundesamt für Strahlenschutz koordinierte UV-Messnetz an 10 Standorten mittels in Anschaffung und Betrieb aufwändiger Spektralradiometer erfasst. Mit robusten und wartungsarmen UV-Radiometern könnte eine gebotene Verdichtung dieses Messnetzes kostengünstig realisiert werden. Dafür müssen diese Radiometer die erytheme Wirkungsfunktion nach ISO 17166 präzise nachbilden.
In diesem Beitrag wird der Einfluss von verschiedenen Sonnenspektren und von produktionsbedingten Variationen auf die Messunsicherheit der UV-Index-Messungen mittels SiC-basierter UV-Index-Radiometer (SiC-UVI-Radiometer) untersucht und mit den von Spektralradiometern ermittelten Ergebnissen verglichen.
Es konnte gezeigt werden, dass SiC-UVI-Radiometer in einem weiten Messbereich eine sehr geringe Messunsicherheit von ±5 % erzielen können, und damit mit der Messunsicherheit von Spektralradiometern (ebenfalls ±5 %) vergleichbar sind. Dazu wurde aus der Simulation von UVI-Messungen mit über 2000 verschiedenartigen Sonnenspektren eine für SiC-basierte UVI-Radiometer gültige Diskrepanz-Korrekturfunktion ermittelt.

2019 – UV degradation anaylsis of SiC and AlGaN based UV photodiodes

von

Dr. Niklas Papathanasiou, sglux GmbH, Berlin, Germany

SiC AlGaN Aging Report

Zusammenfassung
SiC and AlGaN based UV photodiodes had been irradiated by Hg medium pressure lamps for 90 hours and a UV irradiation intensity of 60mW/cm². The SiC photodiodes showed no measurable degradation whereas the AlGaN photodiodes lost 80 % – 85 % of sensitivity.

2023 – Towards Sic-Based VUV Pin-Photodiodes – Investigations on 4H-SiC Photodiodes with Shallow Implanted Al Emitters

von

Michael Schraml¹, Alexander May¹, Dr. Tobias Erlbacher¹, Dr. Niklas Papathanasiou², Dr. Tilman Weiss²,
¹Fraunhofer IISB, Erlangen, Germany
²sglux GmbH, Berlin, Germany

Towards SiC-Based VUV Pin-Photodiodes – Investigations on 4H-SiC Photodiodes with Shallow Implanted Al Emitters

Zusammenfassung
4H silicon carbide (SiC) based pin photodiodes with a sensitivity in the vacuum ultraviolet spectrum (VUV) demand newly developed emitter doping profiles. This work features the first ever reported 4H-SiC pin photodiodes with an implanted p-emitter and a noticeable sensitivity at a wavelength of 200 nm. As a first step, Aluminum doping profiles produced by low energy ion implantation in 4H-SiC were characterized by secondary-ion mass spectrometry (SIMS). Photodiodes using these shallow emitters are compared to one with a deep p-emitter doping profile employing IV characteristics and the spectral response. SIMS results demonstrate the possibility of shallow Alimplantation profiles using low implantation energies with all emitter profiles featuring characteristic I-V results. For some shallow doping profiles, a meassurable signal at the upper limit of the VUV spectrum could be demonstrated, paving the way towards 4H-SiC pin photodiodes with sensitivities for wavelengths below 200 nm.

2023 – 4H-SiC PIN Photodiode for VUV Detection Using an Enhanced Emitter Doping Design

von

M. Schraml¹, N. Papathanasiou², A. May¹, M. Rommel¹, T. Erlbacher³
¹Fraunhofer IISB, Erlangen, Germany
²sglux GmbH, Berlin, Germany
³Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Erlangen, Germany

2023 IEEE Photonics Conference (IPC) 12. – 16.11.2023
4H-SiC PIN Photodiode for VUV Detection Using an Enhanced Emitter Doping Desig

Zusammenfassung
The fabrication of a novel Vacuum UV (VUV) sensitive 4H-SiC pin photodiode is presented. Aluminum ion implantation was used to fabricate a patterned emitter structure with p – and p + regions resulting in the highest reported VUV sensitivity for a SiC pin photodiode.

2016-2021 – Investigation of UV-Aging behavior of components used in the production of UV-LEDs and UV-Sensors.

von

Partner: sglux GmbH
Research project within the 20zwanzig initiative „Advanced UV for life“
Zeitraum: 2016 – 2021
Förderkennzeichen: BMBF 03ZZ0123

Abstract
Within the UV-Aging project experimental setups and scientific method are developed to allow a reliable estimation of the degradation behavior of LED and photodiodes as well as components used in these products (glass, diffusors, reflectors, glues, etc.). In the beginning a UV-Aging chamber will be constructed which allows the control of UV light (UV-A, B & C), temperature (up to 170°C) and humidity (95% r.h.).

2021-2024 – Development of an innovative electronic truffle detector

von

Partner: Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Zeitraum: 2012 – 2024
Förderkennzeichen: Landwirtschaftliche Rentenbank, 925486

Abstract
Truffles are regarded as delicacies all over the world. However, only few can afford. The price mainly is driven by the laborious harvesting method. Thoroughly trained sniffer dogs relatively ineffectively try to find the truffles in the ground. The present project aims to the development of an innovative electronic truffle detector and tries to offer an affordable and effective instrument for truffle harvesting. The scientific approach is to reliably detect the ultraviolet light emission of the seasoned truffle’s odor signature ((CH3)2S) while exposed to ozone. An inexpensive method of truffle harvesting would allow forest owners a more sustainable forest cultivation. Today the only means of income is the sales of wood. If additionally truffles could be easily harvested and sold, this would allow a more eco friendly cultivation of the threes, not only focussing on fast growing and well selling wood.

2023-2025 – Entwicklung einer SiC-Avalanche-Photodiode

von

Partner: Fraunhofer IISB, Erlangen
Zeitraum: 2023 – 2025
Förderkennzeichen: FZK02P22K030

Zusammenfassung
Entwicklung einer SiC-Avalanche-Photodiode für Anwendungen in der Flammen- und Feuererkennung
Das Fraunhofer IISB und die sglux GmbH haben im Rahmen das KMU-innovativ Projekts die Arbeit an der Entwicklung eines Herstellungsprozesses für eine SiC-basierte Avalanche Photodiode (APD) aufgenommen. Eine APD verstärkt den Photostrom durch den Lawineneffekt (engl. avalanche effect) und weist dadurch im Gegensatz zur einer herkömmlichen SiC-Photodiode eine deutlich höhere Empfindlichkeit auf. Anwendungsgebiete finden sich im Bereich der Flammen- und Feuererkennung.
Ein erfolgreicher Projektabschluss würde eine interessante Alternative zu aktuell gebräuchlichen Gasentladungsröhren schaffen. Diese Röhren sind zwar in der Lage, sehr geringe UV-Strahlung zuverlässig zu detektieren weisen aber Nachteile auf, die bei halbleiterbasierende UV-Detektoren nicht festzustellen sind: Die Gasentladungsröhren sind relativ groß, zerbrechlich, erfordern eine hohe Betriebsspannung und weisen eine kurze Lebensdauer auf.
Erste Prototypen der neuartigen SiC-APD werden Mitte 2024 erhältlich sein.