Geri Dön

High operating temperature mid-wave infrared hgcdte photodiode design

Yüksek çalışma sıcaklığında orta dalgaboyu kızılötesi hgcdte fotodiyot tasarımı

  1. Tez No: 596520
  2. Yazar: ERAY YURTSEVEN
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SERDAR KOCAMAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2019
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 103

Özet

Kızılötesi odak düzlem dizinleri ileri seviye görüntüleme sistemleri için en kritik bileşendir. Birçok askeri ve sivil uygulamalarda kullanılırlar. HgCdTe en çok kullanılan kızılötesi algılayıcı malzemelerinden biridir. Termal görüntüleme sistemi için bu malzemeyle ilgili önemli bir konu, güç tüketimi ve cihazın kullanım ömrü ile, suğutma donanımının önemli özelliklerini belirlediği için çalışma sıcaklığıdır. Bu nedenle, daha yüksek sıcaklıklarda çalışmaya yönelik bir çaba vardır, ancak performans özelliklerinin dikkatlice tasarlanması gerekir. Çalışma sıcaklığının arttırılması, termal jenerasyon nedeniyle diyot akımını arttırır ve bu durum 1 / f gürültü ile de ilişkilidir. Ayrıca, hatalı diyotların sayısı artar ve çalışma sıcaklığı artar. Yüksek kaliteli malzeme, aynı diyot karakteristiğini yüksek sıcaklıklarda korumak için ilk şarttır. MBE yöntemiyle bu başarılabilir. Bu yöntem yüksek vakum durumu ve yüksek saflıkta malzeme (Hg, CdTe, Te) kullanım imkanı sağlıyor. Diyot özelliklerini daha yüksek sıcaklıklarda iyileştirmenin diğer bir yolu da tasarım değişiklikleri uygulamaktır. Örneğin, kalınlık, kadmiyum mol fraksiyonu ve doping seviyesi gibi emici tabaka parametrelerinin ayarlanması veya diyot yapısına fazladan bazı katmanlar eklenmesi. Bariyer dedektörleri, burgu bastırma yapıları ve foton yakalama yapıları önemli yüksek çalışma sıcaklığı (YÇS) kızılötesi dedektör konfigürasyonlardır. Bu tez kapsamında yukarıda belirtilen YÇS yapılar yorumlanarak yeni bir HgCdTe MWIR fotodiyot tasarlandı. Tasarlanan yapıyla, karanlık akımın 100 K ve 300 K arasındaki tüm sıcaklıklarda geliştiği görülmüştür. Kuantum verimi, tasarlanmış yapıdaki bariyer tabakası nedeniyle -0,1 V'da % 3,1 oranında azalmıştır. Ancak, bu azalma, foton yakalama yapısı ile % 1,2'ye düşürüldü. Bu yapı aynı zamanda karanlık akımda yaklaşık % 18,2'lik bir iyileşme sağlamıştır. Bu gelişme, fotodiyottaki hacim azalması ile tutarlıdır. Simülasyonlara karanlık akımın yüzey bileşeni dahil edilmedi. Bu nedenle, tasarlanan yapının imalatı sırasında, büyük yüzey kaçağı akımını önlemek için mesa duvarlarının pasifleştirilmesi iyi yapılmalıdır.

Özet (Çeviri)

Infrared focal plane arrays are critical components in many of the military and civilian applications for advanced imaging systems. HgCdTe is one of the most widely used infrared detector material. An important issue with this material for thermal imaging system is the operating temperature as it determines cryocooler crucial characteristics, namely power comsumption and device lifetime. Therefore, there is an effort towards to operate at higher temperatures, but performance characteristics need to be carefully designed. Increasing operating temperature causes to increase diode current due to thermal generation and also is associated with 1/f noise. Furthermore, number of defective diodes increases at high operating temperatures. High quality material is the first requirement to maintain the same diode characteristic at higher temperatures. This can be achieved by using Molecular Beam Epitaxy (MBE) method that provides ultra-high vacuum condition and ultra-pure materials (Hg, CdTe, Te). Further way to improve diode characteristics at higher temperatures is applying design modifications. For instance, adjusting absorber layer parameters such as thickness, cadmium mole fraction and doping level or adding some extra layers to diode structure. Barrier detectors, auger suppression structures and photon trapping structures are the major high operating temperature (HOT) infrared detector configurations. Within the scope of this thesis, a new HgCdTe MWIR photodiode is designed by interpreting HOT structures which are mentioned above. With the designed structure, it was observed that the dark current improved at all temperatures between 100 K and 300 K. The quantum efficiency decreased by 3.1% at -0.1 V due to barrier layer in the designed structure. However, this reduction was reduced to 1.2% by photon trapping structure. This structure also provided an improvement of about 18.2% in the dark current. This improvement is consistent with volume reduction in the photodiode. The surface component of the dark current was not included in the simulations. Therefore, during the fabrication of the designed structure, passivation of the mesa walls need to be done well to prevent large surface leakage current.

Benzer Tezler

  1. High performance HgCdTe photodetector desings via dark current suppression

    Karanlık akım basırma ile yüksek performanslı HgCdTe fotodedektör dizaynları

    YİĞİT ÖZER

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ SERDAR KOCAMAN

  2. Barrier engineering for high-performance nBn infrared photodetectors

    Yüksek performanslı nBn kızılötesi fotodedektörler için bariyer mühendisliği

    FATİH UZGUR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SERDAR KOCAMAN

    DOÇ. DR. ALPAN BEK

  3. Development of advanced solid-state pulsed lasers in the near and mid infrared for applications in material characterization

    Malzeme karakterizasyonu için yakın ve orta kızılaltı darbeli lazerlerin geliştirilmesi

    HÜSEYİN ÇANKAYA

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2011

    Bilim ve TeknolojiKoç Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU

  4. Uzaktan algılama verileriyle orman yangını analizi

    Forest fire analysis with remote sensing data

    COŞKUN ÖZKAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1998

    Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Jeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. FİLİZ SUNAR

  5. CMOS-compatible graphene-silicon photodetectors

    Başlık çevirisi yok

    HAKAN SELVİ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiThe University of Manchester

    PROF. DR. DANIŞMAN YOK