Electrical, optical, and noise characterizations of mwir type-ii inas/gasb superlattice single pixel detectors
Mwır tip-ıı ınas/gasb süperörgü tek piksel dedektörlerin elektriksel, optiksel ve gürültü karakterizasyonları
- Tez No: 339925
- Danışmanlar: PROF. DR. RAŞİT TURAN, PROF. DR. TAYFUN AKIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Physics and Physics Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Katıhal Fiziği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 125
Özet
Orta dalgaboyu kızılötesi ışınım algılama sistemleri endüstriyel, askeri ve biyomedikal uygulamaların birçok alanında çok önemli bir yer işgal eder. Piyasadaki foton dedektörleri sadece düşük sıcaklıklarda çalışabilirler. Bunun sonucunda ağırlık, güç tüketimi ve maliyet artar. Yüksek sıcaklıklarda yüksek kalite algılama özelliği sunabilecekleri için tip-II InAs/GaSb süperörgü dedektörlerin piyasada önemli bir rol oynamaları beklenmektedir. Ayarlanabilir bant aralığı, düşük tünelleme ve Auger birleşme oranı sonucunda yüksek sıcaklıklarda çalışabilme potansiyeli sayesinde son on yıldan beri tip-II InAs/GaSb süperörgü dedektör teknolojilerine artan bir ilgi vardır. Bu sebeple bu dedektörlerin karakterizayonu farklı açılardan detaylı incelemeleri gerektirir.Bu çalışma, tek piksel kızılötesi dedektörlerin FTIR ve karacisim kullanılarak yapılan tepkisellik karakterizasyonu, karanlık akım gerilim ve direnç gerilim karakterizasyonu ve tepki süresi ölçümü gibi çeşitli optiksel ve elektriksel karakterizasyonları içerir. Bu çalışmada frekansa ve gerilime bağlı gürültü karakterizasyonlarına da odaklanılmıştır. Bu karakterizasyon teknikleri ile standart yapıda 3 farklı ve bir ?N? tip yapıda dizaynın etkileri ile Al2O3, olağan Si3N4 ve SiO2 katmaları ile yapılan yüzey pasivasyonunun etkiler incelenmiştir. Basit dizaynları karşılaştırdığımızda, en kalın aktif emilim bölgesine sahip olan foto diyot en yüksek tepkisellik ve karanlık akım değerlerini vermiştir. ?N? tip yapı çok düşük karanlık akım yoğunluğuna sahip olsa da optik performansı standart yapılarınki kadar yüksek değildir. Si3N4 pasivasyonu optiksel ve elektriksel özellikleri düşürmüştür. Hem SiO2 hem de Al2O3 pasivasyon tabakaları elektriksel özellikleri de optiksel özellikleri de iyileştirmişlerdir. SiO2 pasivasyonlu örneğin teorik ve deneysel karanlık akım değerleri -0.18V gerilim değerine kadar örtüşürken pasivasyon uygulanmayan and Si3N4 pasivasyonlu örneklerin bu değerleri sadece sıfır gerilim değerinde örtüşmektedir. Foto diyotların sıcaklık bağımlı R-V karakteristikleri analiz edilmiş ve ek gürültüyü inceleyebilmek için yüzey sınırlı aktivasyon enerjisi hesaplanmıştır. Son olarak gürültü hesabındaki eksikliği giderebilmek için yüzey geri birleşme gürültüsü önerilmiştir.
Özet (Çeviri)
Detection of mid-wavelength infrared radiation is crucial for many industrial, military and biomedical applications. Photon detectors in the market can operate at only low temperature which increases weight, power consumption and total cost. Type-II InAs/GaSb superlattice infrared detectors are expected to have a major role in the infrared detector market with providing high quality detection characteristics at higher temperatures. Therefore, in the past decade, there has been an increasing interest in infrared detectors based on type-II InAs/GaSb superlattice technology due to their long range adjustable bandgap, low tunneling current and Auger recombination rates which bring potential of high temperature operation. Characterization of this photodiodes requires detailed investigations on different aspects.This study focuses on various optical and electrical characterization techniques for single pixel infrared detectors: responsivity characterization using FTIR and blackbody source, dark I-V and R-V characterizations, response time measurement. Characterizations of detector noise with respect to frequency and bias voltage are studied in detail. These characterization techniques are carried out in order to observe the effects of design with three different ?standard? and a new ?N? structure designs and also to understand the effects of surface passivation with atomic layer deposited Al2O3 layer and ordinary PECVD deposited Si3N4 and SiO2 layers. When standard photodiodes are compared, we observed that the one with the thickest active absorber region has the highest response and dark current density values. ?N? structure design photodiode has very low dark current density while its optical performance is not as high as the standard designs. Si3N4 passivation degrades both optical and electrical performances. SiO2 and Al2O3 passivation layers improve optical and electrical characteristics of photodiodes. Theoretical and experimental dark current noise values of SiO2 passivated sample in agreement up to 0.18V reverse bias while those values of unpassivated and Si3N4 passivated samples agree only at zero bias. Temperature dependent R-V characteristics of photodiodes are analyzed and the surface limited activation energy is calculated in order to investigate the additional noise. At the end, surface recombination noise is proposed to cover the deficit on the noise calculation.
Benzer Tezler
- Fabrication and characterization of nbn Inas/Gasb/B-Al(x)ga(1-x)sb type-II superlattice detectors with dual-color detection in mwir
Orta dalga boyunda çift renkli algılama yapabilen nbn Inas/Gasb/B-Al(x)ga(1-x)sb tip-II süperörgü dedektörlerin fabrikasyonu ve karakterizasyonu
UTKU ÇEKMEZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN AKIN
DOÇ. DR. KIVANÇ AZGIN
- Design and characteristics of high performance mid-wavelength type-2 superlattice sensors
Yüksek performanslı orta dalgaboyu tip-2 süperörgü sensörlerin dizayn ve karakteristikleri
FİKRİ OĞUZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPAN BEK
DR. YETKİN ARSLAN
- Characterızatıon of MWIR quantum well infrared photodetector imagıng sensor arrays on InP substrates
InP taban üzerinde MWIR kuantum kuyulu kızılötesi fotodedektör görüntüleme sensörlerinin karakterizasyonu
ONUR TANIŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ BEŞİKCİ
- Optical readout methods for MEMS cantilever based sensors
MEMS çubuk tabanlı algılayıcılar için optik okuma yöntemleri
ULAŞ ADİYAN
Doktora
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN ÜREY
- Development of fiber optical delay line based 10 ghz phase noisemeasurement system
Fiber optik gecikme hattı tabanlı 10 ghz faz gürültüsü ölçüm sistemi geliştirilmesi
BİLGEHAN PARAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKMEL ÖZBAY