High operating temperature mid-wave infrared hgcdte photodiode design
Yüksek çalışma sıcaklığında orta dalgaboyu kızılötesi hgcdte fotodiyot tasarımı
- Tez No: 596520
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SERDAR KOCAMAN
- 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: 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
- High performance HgCdTe photodetector desings via dark current suppression
Karanlık akım basırma ile yüksek performanslı HgCdTe fotodedektör dizaynları
YİĞİT ÖZER
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SERDAR KOCAMAN
- 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
- 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
2011
Bilim ve TeknolojiKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU
- Uzaktan algılama verileriyle orman yangını analizi
Forest fire analysis with remote sensing data
COŞKUN ÖZKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiJeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FİLİZ SUNAR
- CMOS-compatible graphene-silicon photodetectors
Başlık çevirisi yok
HAKAN SELVİ
Doktora
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiThe University of ManchesterPROF. DR. DANIŞMAN YOK