Plasmonically enhanced silicon infrared schottky detector
Plazmonik yapılarla geliştirilmiş silikon kızılötesi schottky algılayıcı
- Tez No: 287383
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. ALİ KEMAL OKYAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2011
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 63
Özet
Yakın kızılötesi fotonik teknolojilerinin geleceği tamamen Silikon tabanlı çözümlerle olacaktır. Günümüzde, III-V grubu bileşikler ve özellikle de InGaAs tabanlı algılayıcılar yakın kızılötesi algılamada en çok kullanılan, en gelişmiş aygıtlardır. Yüksek verimliliklerine rağmen oturmuş Si CMOS teknolojisiyle tümleşiminin pahalı olması, bileşik yarıiletken aygıt teknolojilerinin pazar gelişimini engellemektedir. Diğer taraftan, Silikon doğada en çok bulunan ikinci elementtir ve Bütünleyici Metal-Oksit-Yarıiletken (CMOS) teknolojilerinin ana malzemesini oluşturmaktadır. Si tabanlı optoelektronik aygıtlar yüksek (~1.12 eV) yasak bant enerjileri nedeniyle yakın kızılötesi dalgaboylarında kördür ve kızılötesi ışığı verimli bir şekilde emememektedir. Fakat, Silikon tabanlı Schottky fotoalgılayıcılar metal ve yarıiletken arayüzündeki emme mekanizması sayesinde diyotlar en çok araştırılmış bağlantı aygıtlarındandır. Schottky diyotlar yüksek hızları sebebiyle çok ilgi görmüştür. Potansiyel yüksek frekans uygulamaları ve kolay tümleşim özellikleri Schottky aygıtları CMOS uyumlu yakın kızılötesi fotonik için güçlü bir aday yapmaktadır. Eğer yakın kızılötesi verimlilikleri arttırılabilirse. Silikon tabanlı Schottky fotoalgılayıcılar bud alga boyları için umut vaad eden bir aday olabilirler. Biz bu çalışmada Silikon tabanlı Schottky fotoalgılayıcılarının yakın kızılötesi dalgaboylarındaki verimliliklerini arttırma kızılötesi dalgaboylarında adına plazmonik ızgara dizaynı, üretimi ve karakterizasyonu yaptık. Dizaynlarımız konvansiyonel telekomünikasyon C bandı (1530 nm- 1650 nm) için optimize edildi. Ayrıca tabakalar arası dielektrik tabakasının ve metal tabakasının plazmonik alanlara etkileri çalışıldı. Atomik düzeyde kaplamayla Alumina (Al2O3) metal ve yarıiletken arasına kaplandı. Mikro ve nano ölçeklerde üretilen fotoalgılayıcı aygıtlar düşük karanlık akım ( ~21 mA/cm2 ve -3 V) ve yüksek duyarlılık (~83 mA/W, 1560 nm ve -3V) değerleri gösterdiler. Plazmonik ızgaralar amaçlanan dalgaboylarında iki kattan fazla duyarlılık artışı sağladılar.
Özet (Çeviri)
The holy grail of near infrared (NIR) photonics is a purely-Silicon-based solution. Today, infrared detection is dominated by III-V compound semiconductors, mainly InGaAs devices in the NIR. The high cost of integration with established Si VLSI technology, prevent the market growth of compound semiconductor device technology despite high efficiencies attained. On the other hand, Silicon is the second most abundant element on the earth and is the predominant material of the complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) technology. Since Silicon is near infrared blind due to its large energybandgap (~1.12 eV) it cannot absorb infrared light efficiently. However, Silicon based Schottky photodetectors can operate at infrared wavelengths due to their absorption mechanism at the interface of metal and semiconductor. The metal-semiconductor (M-S) diode is among the most investigated junction devices. Schottky diodes have been very attractive for their high speeds. The potential of high frequency operation and the ease of integration render Schottky devices a strong candidate in CMOS compatible NIR photonics. Silicon based Schottky photodetectors can be a promising candidate if NIR efficiencies could be increased. We design, fabricate and characterize plasmonic gratings to increase the efficiency of Silicon based Schottky photodetectors at the near infrared region. Our design is optimized for the conventional telecommunication C-band (1530 nm-1650 nm). We also study the effects of an interlayer dielectric and metal layer on the plasmonic fields. We use atomic layer deposited Alumina (Al2O3) between the metal and the semiconductor at the M-S junction. Our micro/nano-fabricated photodetector devices exhibit low dark current densities (~21 mA/cm2 at -3 V) and high responsivity values (~83 mA/W at 1530 nm and -3V). Plasmonic gratings provide an increase of responsivity by more than a factor of 2 at desired wavelengths.
Benzer Tezler
- Development of hybrid photonic and plasmonic light management interfaces for thin film semiconductor devices
İnce film yarı iletken aygıtlar için hibrid fotonik ve plazmonik ışık yönetimi arayüzleri geliştirilmesi
HISHAM NASSER
Doktora
İngilizce
2015
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAŞİT TURAN
PROF. DR. MACİT AHMET ÖZENBAŞ
- Aşılanmış polimerlerin seçici olarak aşındırılmasıyla yüzeyler üzerinde desenlerin üretilmesi
Selective etching of grafted polymers for fabrication of patterns on surfaces
HATİCE NUR EKİNCİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Polimer Bilim ve TeknolojisiErciyes ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA SERDAR ÖNSES
- Plasmonically enhanced hot electron based optoelectronic devices
Plazmon destekli sıcak elektron tabanlı optoelektronik aygıtlar
FATİH BİLGE ATAR
Doktora
İngilizce
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ KEMAL OKYAY
- Development of nanostencil lithography and its applications for plasmonics and vibrational biospectroscopy
Nanoşablon litografisinin geliştirilmesi ve plazmonik yapılar ile titreşimli biospektroskopi uygulamaları
SERAP AKSU RAMAZANOĞLU
Doktora
İngilizce
2013
Fizik ve Fizik MühendisliğiBoston UniversityMalzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HATİCE ALTUG
- Nanostructures for plasmonic biosensors
Plasmonik biyosensörler için nanoyapılar
AYSEL TOMAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Bilim ve TeknolojiGediz ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HADİ M. ZAREİE