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Interferometrie zählt zu den genausten Verfahren zur Messung von Strecken und Positionen und sind als wichtiger Bestandteil von Präzisionsmaschinen in nahezu allen Technologiebranchen nicht mehr wegzudenken. Das Grundprinzip basiert auf dem Vergleich eines Lichtstrahls von der Probe mit einem Referenzstahl, wodurch Genauigkeiten im Sub-Nanometerbereich erreicht werden können. Die bisherigen Lösungen nach dem Konzept eines Michelson Interferometers erforderten die Aufspaltung und präzise Justierung der beiden Teilstrahlen, was die Komplexität und die Kosten solcher Systeme erhöht. Eine deutliche Vereinfachung des Michelson-Interferometers stellt das sog. Stehende-Wellen-Interferometer (SWIF) dar. Es erfolgen sowohl die Anregung, Reflexion als auch die Detektion entlang einer optischen Achse, sodass der Referenzstrahlengang und auch die damit verbundene Präzisionsanforderung an die Justage entfallen. Dieses deutlich einfachere Konzept funktioniert jedoch nur, wenn die Detektoren selbst als halbtransparente Bauteile gestaltet und mit einem auf wenige Nanometer genau definierten Abstand zueinander ausgerichtet werden.
Hierfür entwickelt das CiS Forschungsinstitut transparente Detektoren, deren aktive Schichten aus dotiertem Silizium oder Polysilizium bestehen. Einen definiert halbtransparenten Detektor für Lichtwellenlängen im sichtbaren oder Nahinfraroten zu realisieren, erforderte neue Technologien und höchste Genauigkeit bei der Herstellung von nur einigen 10 nm dünnen aktiven Schichten. In einer Doppelkonfiguration (Tandem) bestehend aus zwei solcher Sensoren, ist es möglich, Stehende-Wellen-Interferometer mit direkter Auflösung der Bewegungsrichtung zu realisieren und hochpräzise Abstände zu vermessen. Die erforderlichen Technologien entwickelte das CiS im Rahmen des Projekt „Tandemdiode“. Erste Demonstratoren liegen inzwischen vor.

Angestrebt werden folgende Leistungsparameter für die transparenten Detektoren:
• Sehr gutes Diodenverhalten (Sperrstrom < 1 nA/mm2, Serienwiderstand < 5kΩ)
• Ausreichende Photoempfindlichkeit von etwa ca. 2 µA / mW @633 nm
• Grenzfrequenz: > 10 MHz
• Gute Transparenz: >80 % je Einzeldiode)
• Geringe Reflexion: < 5 %
• Geringe Streuung der Bauteilparameter
• Geringe Unebenheiten der Schichten
• Hohe Genauigkeit / Reproduzierbarkeit der Schichtdicken im Prozess

Auf dem Symposium der World Interferometry Days am 11.04.2022 in Ilmenau wurden die bisherigen Forschungs- und Entwicklungsergebnisse vorgestellt und erläutert.

Die beschriebenen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten wurden im Forschungsprojekt „Tandemdiode“, durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert.
FKZ: 49VF200011