Realizzazione di fotoemettitori in tecnologia MEMS

Abstract

Il lavoro di ricerca oggetto della presente tesi riguarda la progettazione, realizzazione e caratterizzazione di strutture emettitrici innovative, basate su semiconduttori p-type di silicio, germanio ed eterostrutture di germanio su silicio, la cui emissione elettronica può essere regolata da un’eccitazione ottica esterna nel vicino infrarosso. Il dispositivo, progettato alla scopo di produrre un fascio elettronico dalle caratteristiche paragonabili ai fasci prodotti dai catodi convenzionali, superandone le limitazioni in termini di efficienza quantica, danneggiamento da reattività chimica, difficoltà di realizzazione tecnologica, consiste in un substrato di silicio opportunamente microlavorato per regolare la trasparenza della radiazione incidente e uno strato submicrometrico di germanio epitassiale, in cui avviene la fotogenerazione, il cui spessore determina le proprietà di risposta temporale all’impulso ottico. Il meccanismo fisico di emissione è per effetto di campo intensificato da radiazione luminosa, per cui è possibile utilizzare materiali con affinità elettronica positiva e non dover ricorrere alla cesiatura della superficie, tipica dei semiconduttori. Il lavoro di tesi si articola nell’ottimizzazione del processo di crescita dell’eterostruttura in un sistema di deposizione chimica da fase vapore, nello studio delle caratteristiche di assorbimento dell’eterostruttura opportunamente microlavorata, nella realizzazione di particolari strutture emettitrici progettate con l’ausilio di un simulatore per campi elettromagnetici, e nell’allestimento di una camera di misura per la caratterizzazione dei prototipi realizzati. Array di migliaia di punte in silicio bulk, germanio bulk e germanio epitassiale hanno dimostrato ottime prestazioni come emettitori di campo. La sensibilità alla radiazione infrarossa a temperatura ambiente è stata verificata per array di micropunte in silicio con incrementi di corrente fotoemessa superiori a 30.