Investigation of photodetectors based on III-nitride and metal oxide thin films deposited by atomic layer deposition
Atomik katman kaplama tekniği ile III-nitrür ve metal-oksit bileşik temelli fotodedektörlerin araştırılması
- Tez No: 392041
- 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: 71
Özet
3.4 eV'lik geniş bant aralığına ve yüksek elektron doyum hızına sahip olan Galyum Nitrür (GaN) günümüzde en gözde optoelektronik malzemelerden biridir ve kendine mavi/UV LED'lerden UV foto detektörlere, yüksek elektron mobiliteli tranzistörlerden güneş gözelerine kadar birçok uygulama alanı bulmuştur. GaN film üretimi için kullanılan geleneksel yöntemler yüksek sıcaklıkta (600˚C'den büyük) işlemler gerektirmektedir. Bu tür yöntemler ile plastik ve hatta geniş alanlı optoelektronik uygulamalarda kullanılan kâğıt gibi ısıya karşı duyarlı alttaşlar üzerinde GaN sentezlenememektedir. Bu dezavantajın önüne geçebilmek için düşük sıcaklıkta işlem yapabilme, hassas kalınlık kontrolü ve adım kapsaması gibi kendine has özellikleri sayesinde atomik katman kaplama (ALD) öne çıkmaktadır. Çalışmamızda dünyada ilk oyuk katot plazma destekli atomik katman kaplama (HCPA-ALD) ile büyütülmüş GaN temelli optik cihazlar gösterilmiştir. Üretilen cihazlar umut verici elektriksel ve optik performans göstermiştir. 20V voltaj uygulandığında 14 pA'lik oldukça düşük karanlık akım gözlemlenmiş, ultraviyole/görünür ışık kontrast oranı 15 olarak ölçülmüştür. Filmlerin tavlaması cihaz performansında artışa neden olmuştur. Karanlık akım 100'de birine düşerken duyarlılık 2 katına çıkmıştır. Tezin ikinci kısmında ise ALD ile büyütülmüş ZnO katmanları üzerinde optoelektronik cihaz uygulamaları sunulmaktadır. ZnO geniş ve doğrudan bant aralığına sahip literatürde çok çalışılmış bir yarıiletkendir. Hâlihazırda fotodetektörler, güneş gözeleri ve ince-film tranzistörler gibi birçok optik cihazda ve biyomedikal uygulamalarda kullanılmaktadır. Bu çalışmada Silisyum üzerinde ZnO heteroeklem cihaz uygulamaları araştırılmıştır. 80˚C'de büyütülmüş ZnO-Si heteroeklem fotodiyotlarda 103 gibi yüksek bir doğrultma elde edilmiştir. Bu cihazlarda ayrıca yüksek duyarlılık değerleri de elde edilmiştir. 350nm dalgaboyunda ışık uygulandığında 35mA/W duyarlılık ve 585nm dalgaboyunda ise 90mA/W duyarlılık gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Gallium Nitride (GaN), one of the most attractive optoelectronic materials today with a direct wide band gap of 3.4eV and high electron saturation velocity, has found many applications from blue/UV LEDs to UV photodetectors, from high electron mobility transistors (HEMT) to solar cells. Traditional techniques to grow GaN films require high temperature (over 600ºC) processes. Such techniques cannot be used to synthesize GaN films on temperature sensitive substrates such as plastics or even paper for large area optoelectronic applications. To circumvent this setback, atomic layer deposition (ALD) stands out with its unique features such as low temperature process, precise thickness control and step coverage. Our work marks the demonstration of the first optical device on hollow cathode plasma assisted atomic layer deposition (HCPA-ALD) grown GaN films. The fabricated devices showed promising electrical and optical performance. A UV/VIS contrast ratio of 15 is obtained with very low dark current of 14pA at 20V applied bias. Annealing the films improved the device performance. Dark current was reduced more than two orders of magnitude while the responsivity was increased by two times. In the second part of the thesis, optoelectronic device applications on ALD grown ZnO layers will be presented. ZnO is also an attractive wide direct band gap semiconductor. It is utilized in many optical devices such as photodetectors and solar cells as well as thin film transistors and biomedical applications. In this work, device applications of ZnO on Silicon heterojunctions are investigated. A high rectification ratio of 103 is achieved with 80ºC grown ZnO-Si heterojunction photodiodes. High responsivity values are also recorded for these devices. At 350nm incident wavelength maximum responsivity of 35mA/W and at 585nm incident wavelength maximum responsivity of 90mA/W are obtained.
Benzer Tezler
- Fabrication of CdS quantum dots and nanostructure ZnO based photodetectors
CdS kuantum noktaları ve nanoyapılı ZnO esaslı foto dedektörlerin üretilmesi
BESTOON ANWER HAMAD AMEEN HAMAD AMEEN
Doktora
İngilizce
2018
BiyomühendislikKahramanmaraş Sütçü İmam ÜniversitesiBiyomühendislik ve Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULKADİR YILDIZ
PROF. DR. FAHRETTİN YAKUPHANOĞLU
- Colloidal synthetic pathways of atomically-flat complex nanocrystal heterostructures
Atomik olarak düz karmaşık nanokristal hetero yapıların koloidal sentetik yolları
FARZAN SHABANI
Doktora
İngilizce
2024
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- III-V yarı iletken yapılara çinko ve benzeri atomların difüzyonunun geliştirilmesi ve incelenmesi
Development and investigation of zinc and similar dopants diffusion to III-V semiconductors
DOĞAN YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Bilim ve TeknolojiGazi Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜLEYMAN ÖZÇELİK
- İki boyutlu GaSe katkılı PVP ince film tabanlı fotodedektörlerin üretilmesi ve incelenmesi
Fabrication and investigation of photodetectors based on two-dimensional GaSe doped PVP thin film
TUGAY DEMİRTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. UMUT AYDEMİR
- Investigation of photodetector performance based on MAPBI3/RGO heterostructure
MAPBI3/RGO heteroyapılı forodedektör performansının incelenmesi
HAWREE AZAD JAF
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKarabük ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUHAMMET TAHİR GÜNEŞER
DR. ÖĞR. ÜYESİ SATİYE KORKMAZ