Development of high performance long wavelength infrared HgCdTe focal plane arrays
Yüksek performanslı uzun dalgaboyu kızılötesi civa kadmiyum tellür odak düzlem matrislerinin geliştirilmesi
- Tez No: 595891
- Danışmanlar: PROF. DR. CENGİZ BEŞİKCİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- 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: 127
Özet
Bu tez çalışmasında CdZnTe pullar üzerine büyütülüp farklı pasivasyon prosesleri kullanılarak üretilmiş olan n üzeri p yapıya ve 9.5 μm kesim dalgaboyuna sahip uzun dalgaboyu kızılötesi HgCdTe fotovoltaik dedektörlerin karakterizasyonu rapor edilmektedir. Dedektörler, görüntüleme uygulamalarında tipik olarak kullanılmakta olan ters eğimleme gerilimleri altında 130 K ve üzerinde sıcaklıklarda difüzyon baskın karanlık akım özellikleri sergilerken, 80 K ve altında karanlık akım ana bileşeni tuzak yardımlı tünelleme olmaktadır. Çoğalma-birleşme ve tuzak yardımlı tünelleme akımlarını oluşturan tuzakların özelliklerini inceleyebilmek için 30 μm piksel adımına sahip dedektör piksellerinin üzerinde detaylı bir karakterizasyon çalışması yürütülmüştür. Karanlık akım analizi sonucunda, n tarafında valans bant kenarından ölçülmüş olan 0.36 Eg (Eg malzemenin enerji boşluğu) enerjisine ve 1014 cm-3 yoğunluğa sahip boşluk tuzakları bulunmuştur. Literatürde raporlanmış olan bu tuzakların özellikleri derinlemesine çalışılmıştır. Tuzakların yakalama bariyeri olarak davranmasını sağlayan yakalama kesiti ve tuzak yakalama kesitinin karanlık akımın çoğalma-birleşme ve tuzak yardımlı tünelleme bileşenleri yoluyla sinyal gürültü oranına ve dolayısıyla 1/f gürültüsüne etkileri incelenmiştir. viii CdTe ve CdTe/ZnS katmanlarının farklı koşullarda tavlanmasıyla elde edilen değişik pasivasyon sürecine tabi tutulan dedektörlerde paralel kaçak akım gözlenmiştir. Paralel kaçak akımın düzgün uygulanmış CdTe pasivasyona sahip aynı malzemeden üretilmiş dedektörlerde görülmemesi paralel kaçak akımın yüzeyden kaynaklandığı düşündürmektedir. Ayrıca bu yüzey kaçak akım bileşeninin 1/f gürültüsüne çoğalma-birleşme akımı seviyesinde (10-3) etki ettiği gözlemlenmiştir. Tuzak yardımlı tünelleme akımının ise 1 Hz frekansta 0.8x10-6(ITAT)0.57 ilişkisi ile 1/f gürültüsü oluşturduğu bulunmuştur. Dedektörler 78 K'de f/2 optik ve ~400 μs gibi oldukça düşük bir entegrasyon süresi ile ~20 mK zamansal gürültü eşdeğer sıcaklık farkına karşılık gelen ~1x1011 cmHz1/2/W tepe dedektivite değeri göstermiştir. Ayrıca, dedektörlerin odak düzlem matrisi (ODM) seviyesinde performansını değerlendirmek için aynı malzeme kullanılarak üretilmiş olan orta formatlı (320x256) ODM karakterizasyonu sunulmuştur.
Özet (Çeviri)
This thesis study reports the characterization of long wavelength infrared (LWIR) HgCdTe photovoltaic detectors with the p on n structure and 9.5 μm cut-off wavelength grown by molecular beam epitaxy on CdZnTe substrates and fabricated with different passivation processes. The characterization study was conducted at both pixel and focal plane array (FPA) levels. While the detectors exhibit diffusion dominated dark current at temperatures at and above 130 K under reverse bias voltages typically used in imaging applications, the major component of the dark current is trap assisted tunneling (TAT) at low temperatures (80 K). We carried out a detailed characterization study on the detector pixels with 30 μm pitch in order to identify the properties of the traps establishing the generation-recombination (G-R) and the TAT currents. Dark current analysis study yielded a hole trap in the n-side at an energy of 0.36Eg (Eg is the bandgap of the absorber material) measured from the valence band edge with a density in the order of 1014 cm-3. While this trap has been reported in the literature, we explored the further properties of this trap including the capture cross section characteristics exhibiting capture barrier as well as the effect of it on the signal to noise ratio of the detector through the G-R and TAT components of the dark current contributing to the 1/f noise of the detectors. vi Shunt (ohmic) leakage current was observed in the detectors fabricated with different passivation processes including CdTe and CdTe/ZnS subjected to different annealing conditions. The absence of this leakage current in a detector fabricated with the same material but with properly applied and processed CdTe passivation suggests that it originates from the surface. We have also observed that the shunt current component introduces significant 1/f noise with a noise coefficient, α, in the order of that of the G-R current (10-3). The TAT current is observed to introduce 1/f noise to exhibit noise current at 1 Hz expressed as 0.8x10-6(ITAT)0.57. The detectors exhibit a peak specific detectivity of ~1x1011 cmHz1/2/W at 78 K with f/2 optics corresponding to temporal noise equivalent temperature difference of ~20 mK with an integration time as low as 400 μs. We also present the characteristics of a mid-format (320x256) focal plane array (FPA) fabricated with the same material in order to assess the FPA level performance of the detectors.
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
- Dual and single color mid-wavelength infrared quantum well photodetectors
Çift ve tek renkli orta dalgaboyu kızılötesi kuantum kuyulu fotodedektörler
MELİH KALDIRIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ BEŞİKÇİ
- Single and dual band quantum well infrared photodetector focal plane arrays on InP substrates
InP taban üzerinde tek ve iki bantlı kuantum kuyulu kızıl ötesi fotodedektör odak düzlem matrisleri
SÜLEYMAN UMUT EKER
Doktora
İngilizce
2010
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ BEŞİKCİ
- Fabrication and characterization of InP based quantum well infrared photodetectors
InP temelli kuantum kuyulu kızılötesi fotodedektörlerin üretimi ve karakterizasyonu
GAMZE TORUNOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ BEŞİKÇİ
PROF. DR. MEHMET PARLAK
- Large format dual-band quantum well infrared photodetector focal plane arrays
Geniş fomatlı çift bantlı kuantum kuyulu kızılötesi odak düzlem dizinleri
YETKİN ARSLAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. CENGİZ BEŞİKÇİ