Improved standard detectors through enhanced surface passivation of silicon photodiodes

It is expected that in the near future, four of the seven base units of the SI system will be redefined: the kilogram, the ampere, the kelvin and the mole. Each of these units will be based on a fixed numerical value of a fundamental constant: the Planck constant, the elementary charge, the Boltzmann constant and the Avogadro constant. Radiometry will establish a strong link to the proposed new SI system and strengthen its coherence by measuring fundamental constants to better than 1 ppm, and through that also support solutions to grand challenges in industry and emerging technologies. Justervesenet is currently participating in the EU project NEWSTAR (NEW primary STAndards and traceability for Radiometry), which both complements and builds on some excellent results of the recent EU project qu-Candela (Candela: Towards quantum based photon standards). In the qu-Candela project, feasibility has been demonstrated of a new radiometric standard based on photoelectric effect in Silicon semiconductors, working at liquid nitrogen temperature, called Predictable Quantum Efficiency Detector (PQED).The responsivity of the PQED was predicted based on fundamental constants and material parameters. The main goal of NEWSTAR is to develop a primary standard for radiometry, which has approximately the same cost and functionality as transfer standard detectors. This will enable NMIs to build the primary standard into different applications, taking full advantage of its properties. In a unique way, dissemination of reduced uncertainties will be achieved by implementing the best features of the primary standard into other measurement realizations. As an extension of Justervesenet?s participation in the NEWSTAR project, the proposed ph.d project will focus on improving the quantum detector through enhanced surface passivation of the silicon photodiode, mainly through optimization of material properties.

Siden midten av 80-tallet har målinger av absolutt optisk effekt blitt gjennomført med et kryogent radiometer. Dette instrumentet er dagens aksepterte primærstandarden for å gi sporbarhet til ulike anvendelser knyttet til optisk effekt. Selv om det realiserer målinger med tilfredsstillende usikkerheter, så er bruken av instrumentet både dyr og tidkrevende. De siste 15 årene har Justervesenet vært pådriver i anvendelsen av fotodioder som en kvantebasert primærnormal. I 2008 var Justervesenet involvert i å opprette det treårige EU-prosjektet qu-Candela, der målet var å utvikle nye standarder basert på makroskopisk fotontelling. Et resultat av dette ble en Predictable Quantum Efficient Detector (PQED) som inneholder såkalte induserte fotodioder. Både teoretiske og eksperimentelle undersøkelser viser at detektoren er en god kandidat for ny primærstandard, både med tanke på usikkerhet og at den er rimeligere og enklere i bruk. Justervesenet deltar for tiden i EU-prosjektet NEWSTAR (NEW primary STAndards and traceability for Radiometry), og er leder for arbeidspakken som utvikler og forutsier responsen til de nye fotodiodene i detektoren. I tillegg har Justervesenet et pågående PhD-prosjekt samt et samarbeid med NIST i forbindelse med dette. Doktorgradsprosjektet det søkes støtte til skal fokusere på å forbedre ytelsen til de induserte fotodiodene, hovedsakelig ved å optimere materialvalg og -egenskaper. Dette vil kunne bidra til økt stabilitet og utvidet arbeidsområde for primærnormalen, som igjen kan føre til mindre usikkerhet ved sammenligning mellom forskjellige typer primærnormaler i et overlappende område. Ved å jobbe innen dette området vil Justervesenet være i en god posisjon i forhold til europeisk og øvrig internasjonalt forskningssamarbeid på toppnivå. Økt kompetanse på feltet gir også mulighet for deltakelse i fremtidige EMPIR-prosjekter, og vil generelt styrke Justervesenets posisjon innen fagfeltet.