High performance HgCdTe photodetector desings via dark current suppression
Karanlık akım basırma ile yüksek performanslı HgCdTe fotodedektör dizaynları
- Tez No: 516178
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SERDAR KOCAMAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 132
Özet
Bu tez çalışması HgCdTe bazlı cihazlar için kızılötesi dedektör tasarımı ve numerik analizini kapsamaktadır. Dizayn ve karakterizasyon aşamaları için, kurum içi geliştirilen numerik araç kullanılmış ve bu araç Poission, akım ve devamlılık denklemlerini çözerken, optik ve elektriksel değerlerin yüksek kesinlik ile hesaplanmasında kullanılmıştır. Oluşma-rekombinasyon karanlık akım bastırma yönteminden faydalanılarak, yüksek çalışma sıcaklıklı alternatif taban orta dalgaboyu HgCdTe kızılötesi dedektör dizayn edildi. Çalışma sıcaklığında ulaşılan artış ortaya konulan cihaz için yaklaşık 40 K (~85 K den ~125 K e) olup, çok küçük taşıyıcı ömrüne (τSRH = 200 ns) rağmen difüzyon limitli performansa ulaşıldı. Performans artışı düşük rekombinasyon oranı hedeflenerek, yayılım bölgesine yüksek Cd kompozisyonlu malzeme uygulanması ile sağlanmıştır. Önerilen cihaz yapısının fabrikasyon hatalarına olan hassasiyeti katkılama, kompozisyon ve katman kalınlığına göre analiz edilmiştir. Dahası, eklenilen geniş bantgenişlikli katmanın, düşük kuantum verimliliğe yol açabilecek valans band devamsızlığı oluşturmaması amacıyla bir dizayn yöntemi tanıtılmıştır. Ek olarak, benzer bir metodoloji SWIR penceresinde uygulandı ve aynı şekilde SWIR dedektörlerin de performansının iyileştirildiği gözlendi. Ortaya konulan SWIR dedektörler, alternatif taban HgCdTe dedektörlerin sunduğu düşük maliyetten yararlanırken aynı zamanda karanlık akım yoğunluğu anlamında günümüzün en gelişmiş sensörlerinin seviyesine ulaşmıştır. Bu gelişme ile beraber, dizayn edilen SWIR sensörler tek başına gece parıltısı ışımasından yararlanarak görüntüleme yapma kapasitesindedir.
Özet (Çeviri)
This thesis work covers the numerical analysis and design of infrared photon detectors with a focus of HgCdTe based devices. An in-house numerical tool is utilized for the design and characterization process, where the Poisson, current and continuity equations are solved numerically with the high precision in electrical and optical properties. A high operating temperature alternative substrate mid-wave HgCdTe detector is designed benefiting from the generation-recombination dark current suppression. The advancement in the operating temperature is nearly 40 K (from ~85 K to ~125 K) for the designed device structure, which leads to diffusion limited dark current even for a very low carrier lifetimes (τSRH = 200 ns). The performance enhancement is achieved by the utilization of high Cd composition material at the depletion region targeting lower SRH recombination rates. The sensitivity of the designed structure to the fabrication errors is analyzed in terms of doping, composition and layer thickness. Moreover, a design methodology is introduced so that the inserted wide bandgap layer does not create valence band discontinuity that might lead to a noticeable decrease in quantum efficiency. In addition, a similar method is applied to SWIR window and performance of HgCdTe SWIR detectors has been shown to increase as well. The designed SWIR detector reached state-of-art sensors in terms of dark current density while benefiting from the reduced cost of alternative substrate detectors. With this enhancement, the designed HgCdTe sensors are capable of sensing based on solely nightglow radiation.
Benzer Tezler
- High performance focal plane array technologies from short to long wavelength infrared bands
Kısadan uzun dalga boyu kızılötesi bandına kadar yüksek performanslı odak düzlem dizini teknolojileri
YETKİN ARSLAN
Doktora
İngilizce
2014
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ BEŞİKCİ
- Barrier engineering for high-performance nBn infrared photodetectors
Yüksek performanslı nBn kızılötesi fotodedektörler için bariyer mühendisliği
FATİH UZGUR
Doktora
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERDAR KOCAMAN
DOÇ. DR. ALPAN BEK
- Characterization of lattice mismatch induced dislocations on epitaxial CdTe films
Epitaksiyel CdTe filmlerin örgü uyumsuzluğundan kaynaklanan dislokasyonların karakterizasyonu
ELİF BİLGİLİSOY
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YUSUF SELAMET
- Development of high performance long wavelength infrared HgCdTe focal plane arrays
Yüksek performanslı uzun dalgaboyu kızılötesi civa kadmiyum tellür odak düzlem matrislerinin geliştirilmesi
BERNA BARUTCU
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ BEŞİKCİ
- Realization of readout integrated circuit (ROIC) for an array of 288x4, N-on-P type HgCdTe long wave infrared detectors
288x4, P üzeri N türü HgCdTe uzun dalga boyu kızılötesi dedektör dizini için entegre okuma devresinin gerçekleştirilmesi
HÜSEYİN KAYAHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YAŞAR GÜRBÜZ