Design and implementation of high fill factor structures on low-cost uncooled infrared sensors
Yüksek doluluk oranlı yapıların düşük maliyetli kızılötesi dedektörler üzerine tasarımı ve uygulaması
- Tez No: 418337
- Danışmanlar: PROF. DR. TAYFUN AKIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 146
Özet
Bu tez, diyot tipli düşük maliyetli kızılötesi odak düzlem matrisi (ODM) üzerine oluşturulan yüksek doluluk oranlı yapıların tasarımını ve üretim süreçlerini sunmaktadır. Soğutmasız dedektör alanında yapılan gelişmeler sayesinde yüksek performanslı askeri amaçlı mikrobolometreler ve çok düşük maaliyetli sivil amaçlı mikrobolometereler üretilebilmektedir. Dedektör boyutunu küçültme yönündeki eğilimler, dedektör üretim maliyetini ve sistem maliyetini düşürmek ve uzamsal çözünürlüğü ve menzili artırmak amacıyla önem kazanmıştır. Fakat, dedektör boyutunu küçültürken, ısıya duyarlı aktif alanı da küçülmekte; ayrıca aktif alanın toplam dedektör boyutuna olan oranı da ısıl izolasyon yapılarına duyuluan daha büyğk alandan dolayı büyük ölçü de azalmaktadır. Bunun sonucu olarak birçok soğutmasız kızılötesi dedektör dizilimi sonradan eklenen doluluk oranını artırıcı yapılar kullanmaktadır.İkinci bir feda katmanı kullanılarak yapılan doluluk oranı artırıcı (şemsiye olarak adlandırılan) yapılar optik boşluk oluşturarak emilimi mümkün olduğu kadar yükseltmeyi hedeflemektedir. Bu çalışma şemsiye yapıların tasarımını mekanik, termal, ve optik alanlarda yapılan simulasyonlarla ve verilen örneklerle desteklemektedir. Ayrıca, şemsiye yapıları üretimi sırasında çıkan zorluk ve optimizasyon süreçleri de aktarılmıştır. Şemsiye yapılarının 50 μm ve 70 μm boyutlarındaki sensörlere başarılı bir şekilde uygulanması gösterilmiştir. Doluluk oranı 50 μm boyutundaki dedektörlerde % 46'dan % 92'ye ve 70 μm boyutundakı dedektörlerde % 36'dan % 92'ye çıkarılmıştır. Şemsiye yapıları içeren ODM'ler vakum ortamında duyarlılık testi ile ölçülmüş ve performansları değerlendirilmiştir. Şemsiye yapıları, 50 boyutundaki dedektörlerin duyarlılığını % 30 ve 70 boyutundaki dedektörlerin duyarlılığını % 40 artırmıştır.
Özet (Çeviri)
This thesis presents the design and implementation steps of high fill factor structures for existing SOI diode low-cost microbolometer FPAs. Advancements in uncooled infrared detectors enable high performance military grade uncooled microbolometers as well as ultra-low-cost infrared imagers for civilian applications. The trend in uncooled microbolometers to reduce the pixel pitch has become increasingly significant to lower the cost of detector and system integration due to optics, and increase spatial resolution with range. However, reducing pixel size reduces the temperature sensitive area, not to mention the need for larger space to design longer thermal isolation legs. Therefore, many uncooled infrared imaging arrays employ additional structures that increase the fill factor. A second level of sacrificial layer is used to form the high fill factor structure (referred as umbrella) to form an optical cavity in order to maximize the absorption. This study demonstrates the design of umbrella layer in mechanical, thermal, and optical domain by providing simulations and examples from the literature. Challenges and optimization steps of realizing the umbrella structure are also conveyed. Successful implementation of umbrella structures onto SOI diode pixels with pixel sizes of 50 μm and 70 μm is demonstrated. The fill factor of the low-cost detector pixels with 50 μm pitch is increased from 46 % to 92 % while the fill factor of the pixels with 70 μm pitch is increased from 36 % to 94 %. The umbrella integrated FPAs are tested under vacuum conditions to obtain responsivity data and evaluate the contribution to the signal generated by addition of umbrella structures. It is concluded that the addition of umbrella structures improve the responsivity of FPAs with 50 μm pitch pixels by 30 % while the responsivity of FPAs with 70 μm pitch pixels is improved by 40 %.
Benzer Tezler
- Design and implementation of perforation on high fill factor structures for uncooled infrared sensors
Perforasyon içeren yapıların kızılötesi sensörler için yüksek doluluk oranlı yapılara tasarımı ve uygulaması
RAMAZAN ÇETİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN AKIN
- Development of salient-pole synchronous machines by using fractional slot concentrated winding technique & additional permanent magnets
Çıkık kutupku senkron makinaların kesirli oluklu konsantre sargı tekniği ve ilave kalıcı mıknatıslar kullanılarak geliştirilmesi
TAYFUN GÜNDOĞDU
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. GÜVEN KÖMÜRGÖZ
- Zemin çivileri tasarım prensipleri ve davranışın sonlu elemanlar yöntemiyle analizi
Başlık çevirisi yok
ALPER ARSLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGeoteknik Bilim Dalı
DOÇ. DR. M. TUĞRUL ÖZKAN
- İnşaat projelerinde akıllı mobil cihazlarla desteklenen verimlilik kontrol sistemi önerisi ve kullanım deneyimleri hakkında inceleme
Smart mobile devices integrated productivity control system proposal and analysis of user experiences in the construction projects
ONUR KEREM ÖRENLİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DENİZ ARTAN
- Design and analysis of interior permanent magnet machines equipped with novel semi-overlapping windings for electric vehicle applications
Elektrikli araç uygulamaları için yeni yarı kesişen sargılarla donanımlı gömülü kalıcı mıknatıslı makinaların tasarımı ve analizi
TAYFUN GÜNDOĞDU
Doktora
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜVEN KÖMÜRGÖZ KIRIŞ