Ultra-low-cost broad-band near-infrared silicon photodetectors based on hot electrons
Sıcak elektron temelli düşük maliyetli geniş bant yakın kızılötesi silisyum fotodedektörler
- Tez No: 377432
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. ALİ KEMAL OKYAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- 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: 78
Özet
Silisyum; nihai kullanıcı ürünü olan akıllı telefonlar, dizüstü bilgisayarlar ve giyilebilen teknolojiler gibi tüm dijital cihazların kalbinde yer almaktadır. Yarıiletken çağının başlangıcından beri, nispeten iyi elektiriksel, mekanik ve kimyasal özelliklerinden dolayı büyük ölçekli yarıiletken cihazların üretiminde temel madde olarak bilinmektedir. Silisyumun vasat optik özellikleri ise enerji eldesinde ve morötesi fotodedektör uygulamalarında kabul görmesini sağlamaktadır. Fakat nispeten büyük enerji bandı aralığı (1.12 eV) sebebiyle, geleneksel yöntemler kullanarak kızılötesi dalgaboylarında çalışan Silisyum fotodedektörler üretmek mümkün olmamıştır. Bundan dolayı, telekomünikasyon ve görüntüleme gibi düşük maliyet gerektiren kamu uygulamalarında kullanılmak üzere tamamı Silisyum teknolojisi ile üretilebilen fotodedektörler elde etmek büyük önem kazanmıştır. Kızılötesi bölgesinde foto algılama için, Silisyum tabanlı Schottky eklem aygıtlar umut verici bir aday olarak görülmektedir. Schottky eklem aygıtlarda foto algılama, iç fotoemisyon ile gerçekleşir. Gelen fotonlar metal içerisindeki elektronların kinetik enerjisini yükselterek, elektronların Schottky bariyerini atlamasına veya tünelleme yoluyla geçmesine sebep olur. Ayrıca Schottky eklemin metal kontak kısmının şekli uygun biçimde tasarlanarak plazmon rezonansları tetiklenebilir ve sıcak elektron üretimi önemli ölçüde artırılabilir. Biz bu çalışmada oldukça düşük maliyetli, geniş bantta, yakın kızılötesi bölgesinde Schottky eklem Silisyum fotodedektörleri, bu yapılar üzerindeki plazmonik etkileri, metal ve nanoyapıların çeşitlerini ve fabrikasyon teknikleri inceleyeceğiz. Bu cihazlar, 1300 nm ve 1500 nm dalgaboylarında sırasıyla 2mA/W ve 600 µA/W fototepki göstermekte ve 2000 nm dalga boyunun ötesine kadar ışığa tepki verebilmektedir. Karanlık akım yoğunluğu da 50 pA/µm2 kadar düşüktür. Mikron-altı litografi ve yüksek sıcaklıkta epitaksiyel büyütme teknikleri gibi oldukça pahalı fabrikasyon aşamaları kullanılmamakta, fabrikasyon kolaylığı ve ölçeklenebilir üretim sayesinde maliyet etkin kızılötesi dedektörler elde edilmektedir.
Özet (Çeviri)
Silicon is at the heart of all of the end-user digital devices such as smart phones, laptops, and wearable technologies. It is the holy grail for the largescale production of semiconductor devices since start of the semiconductor era due to its relatively good electrical, mechanical and chemical properties. Silicon's mediocre optical properties also make it an acceptable material for energy harvesting and ultraviolet photodetection applications. But its relatively large bandgap (1.12 eV) makes it infrared blind. So Silicon photodetectors fail to detect infrared light using traditional techniques. Hence, an all-Silicon solution is of interest for low-cost civil applications like telecommunication and imaging. Silicon based Schottky junction is a promising candidate for infrared photodetection. Internal photoemission is the main mechanism of photodetection in the Schottky junctions. Incident photons elevate the kinetic energy of the electrons in the metal so that the energetic electrons can jump over the Schottky barrier or tunnel through it. Carefully designed metal contact of the Schottky junction can, at the same time, give rise to hot electron generation through plasmon resonances. Here we introduce ultra-low-cost broad-band near-infrared Silicon photodetectors with a study over types of metal and nanostructures and fabrication techniques. The devices exhibit photoresponsivity as high as 2 mA=W and 600 A=W at 1300 nm and 1550 nm wavelengths, and can see beyond 2000 nm wavelengths. Their dark current density is as low as 50 pA=m2. Simplicity and scalability of fabrication in this type of structures make them the most cost e ective infrared detectors due to lack of expensive fabrication steps such as sub-micron lithography and high temperature epitaxial growth techniques.
Benzer Tezler
- Dielectric metasurfaces as passive radiative coolers, colorimetric refractive index sensors, color filters, and one-way perfect absorber/reflectors with transparent sidebands
Uzay aracı pasif radiatif soğutucu, kolorimetrik kırıcılık indisi sensörü, renk filtresi, ve komşu bantlarda geçirgen tek taraflı mükemmel soğurucu/ yansıtıcılar olarak dielektrik metayüzeyler
DENİZ UMUT YILDIRIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
- Graphene Mode-locked and Kerr-lens Mode-locked Operations of Cr3+:LiSAF Lasers Near 850 nm and Tm3+:YLF Lasers Near 2300 nm
Grafen ile kip-kilitleme ve Kerr-odaklı kip-kilitleme yöntemleri kullanılarak darbe üretilen 850 nm civarinda çalişan Cr3+:LiSAF ve 2300 nm civarinda çalişan Tm3+:YLF laserleri
FERDA CANBAZ
Doktora
İngilizce
2018
Bilim ve TeknolojiKoç ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU
- Kapalı alan konum belirlemede RFID ve UWB teknolojilerinin performans karşılaştırılması
The performance comparison of RFID and UWB technologies in indoor positioning
ÖMER FARUK BAĞDATLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜR ÖZDEMİR
- Sub-15 femtosecond pulse generation from a kerr-lens mode-locked Cr:LiSAF laser near 850 nm with a gain-matched output coupler
Kerr-odaklamalı kip-kilitli Cr:LiSAF lazerinden kazanç-anahtarlamalı çıkış aynası yardımıyla 15 femtosaniye altı darbe üretimi
FERDA CANBAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Fizik ve Fizik MühendisliğiKoç ÜniversitesiOptoelektronik ve Fotonik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU
- Geniş bant durduran iki frekans seçici yüzeyin tasarımı
Wideband stopping two frequency selective surfaces design
FATİH GÖKSEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKırklareli ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SENA ESEN BAYER KESKİN