Ensemble Monte Carlo simulation of quantum well infrared photodetectors, and InP based long wavelength quantum well infrared photodetectors for thermal imaging
Kuantum kuyulu kızılötesi fotodedektörlerin toplu Monte Carlo simülasyonu, ve termal görüntüleme için InP tabanlı uzun dalga boyu kuantum kuyulu kızılötesi fotodedektörler
- Tez No: 199079
- Danışmanlar: PROF. DR. CENGİZ BEŞİKCİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Kızılötesi fotodedektörler, KKKF, odak düzlemi matrisi, Infrared photodetectors, QWIP, focal plane array
- Yıl: 2006
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 216
Özet
Kuantum kuyulu kızılötesi fotodedektörler (KKKF) kızılötesi ışınımı algılamakiçin büyük bant aralıklı malzemeler ile kurulan kuantum kuyularını kullanırlar.Geleneksel düşük bant aralıklı uzun dalgaboyu kızılötesi fotodedektörmalzemeleriyle karşılaştırıldıklarında, KKKF teknolojisi daha iyi düzgünlükle enyüksek formatta termal görüntüleyicilere imkân sağlamaktadırlar.Bu doktora çalışmasının teorik kısmı bir KKKF toplu Monte Carlo simülatörügeliştirilmesini kapsamaktadır. Elektronların kuantum kuyularına yakalanmayolları detaylı olarak simule edilmiştir. Standart AlGaAs/GaAs KKKF'lerde ortave yüksek elektrik alan şiddetinde L vadisi kuantum kuyusu elektronlar için tuzakoluşturmaktadır, ve InP/InGaAs ile GaAs/InGaAs KKKF'dekiler ilekarşılaştırıldığında daha yüksek yakalanma olasılığına neden olmaktadır. Eldeedilen sonuçlara göre InP/InGaAs ve GaAs/InGaAs KKKF'lerde gözlenen yüksekfotoiletim kazancı, ikili bariyer malzemesinin iyi iletim özelliklerinden dolayıdeğil Î-L vadileri enerji farkının yüksek olması nedenlidir.Çalışmanın deneysel kısmı InP/InGaAs ve InP/InGaAsP KKKF'ler ve 640x512formatında odak düzlemi matrislerinin (ODM) üretim ve karakterizasyonunukapsamaktadır. Bu çalışmada ana amaç bu malzeme sistemlerinin KKKF'ler içinuygunluğunun araştırılmasıdır. InP/InGaAs ve InP/InGaAsP fotodedektörler1x1010 cm.Hz1/2/W (70 K, f/2, arkaplan sınırlı) mertebesinde öz dedektivitegöstermişlerdir. Bu aygıtlar standart AlGaAs/GaAs KKKF teknolojisi ilekarşılaştırıldıklarında daha yüksek sistem gürültüsü tabanına izinverebilmektedirler. Ayrıca stratejik uygulamalar için InP tabanlı uzun dalgaboyukızılötesi KKKF'lerin standart KKKF teknolojisine göre avantajları olduğugösterildi. 640x512 InP/InGaAs KKKF ODM 70 K sıcaklıkta f/1.5 optik ve 10 msbiriktirme süresi ile 36 mK ortalama gürültü eşdeğer sıcaklık farkı (GESF)değerine ulaştı. InP/InGaAsP KKKF ise 640x512 ODM'nin 320x256 penceresiiçinde 70 K sıcaklıkta f/1.5 optik ve 5 ms biriktirme süresi ile 38 mK GESFhistogram tepesi değerini verdi.
Özet (Çeviri)
Quantum well infrared photodetectors (QWIP) utilize quantum wells of largebandgap materials to detect infrared radiation. When compared to conventionallow bandgap LWIR photodetectors, the QWIP technology offers largest formatthermal imagers with much better uniformity.The theoretical part of this study includes the development of a QWIP ensembleMonte Carlo simulator. Capture paths of electrons to quantum wells are simulatedin detail. For standard AlGaAs/GaAs QWIPs, at medium and high E-fields Lvalley quantum well (QW) is a trap for electrons which causes higher captureprobability when compared with InP/InGaAs and GaAs/InGaAs QWIPs. Theresults suggest that high photoconductive gain observed in InP/InGaAs andGaAs/InGaAs QWIPs is not due to good transport properties of binary barriermaterial but due to higher Î-L valley energy separation.The experimental part of the study includes the fabrication and characterization ofInP/InGaAs and InP/InGaAsP QWIPs and 640x512 FPAs with the main objectiveof investigating the feasibility of these material systems for QWIPs. TheInP/InGaAs and InP/InGaAsP QWIP detectors showed specific detectivity valuesabove 1x1010 cm.Hz1/2/W (70K, f/2, background limited). The devices offer higherallowable system noise floor when compared with the standard AlGaAs/GaAsQWIP technology. It is also experimentally shown that for strategic applicationsLWIR InP based QWIPs have advantages over the standard QWIP technology.The InP/InGaAs 640x512 QWIP FPA reached 36 mK average NETD value at 70K with f/1.5 optics and 10 ms integration time. The InP/InGaAsP QWIP on theother hand yielded 38 mK NETD histogram peak at 70 K with f/1.5 optics and 5ms integration time on 320x256 window of the 640x512 FPA.
Benzer Tezler
- Ensemble monte carlo simulation of quantum well infrared photodetectors
Kuantum kuyulu kızılötesi fotodetektörlerin monte carlo modellemesi
SEMA MEMİŞ
Doktora
İngilizce
2006
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET TOMAK
PROF. DR. CENGİZ BEŞİKÇİ
- A Detailed investigation of bound to quasibound quantum well infrared photodetectors: An advanced Monte Carlo study
Bağlıdan bağlımsıya kuantum kuyulu kızılötesi dedektörlerin detaylı incelenmesi: Bir Monte Carlo çalışması
EMRE ÖNCÜ
Yüksek Lisans
İngilizce
2001
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CENGİZ BEŞİKÇİ
- Advanced monte carlo modeling of III-V field-effect transistors
III-V alan etkili transistörlerin monte carlo modellemesi
AYDIN TURABİ BAKIR
Yüksek Lisans
İngilizce
1999
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CENGİZ BEŞİKÇİ
- Structural study of polypyyrole: A modified kinetic growth model study with Monte Carlo technique to the branch formation
Polipirolün yapısal çalışması: Monte Carlo tekniği ile dallanma oluşumu için modifiye edilmiş kinetik büyüme modeli
OKAN ESENTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
1998
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. H. ÖNDER PAMUK
- Monte carlo study of Fe3Al based intermetallics
Fe3Al fazlı metallerarası bileşiklerin monte carlo çalışması
MEHMET MURAT ARER
Yüksek Lisans
İngilizce
1996
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. M. VEDAT AKDENİZ