Fabrication and characterization of SOI based photodetectors with graphene electrode
Grafen elektrotlu SOI tabanlı fotodedektörlerin üretimi ve karakterizasyonu
- Tez No: 631185
- Danışmanlar: PROF. DR. CEM ÇELEBİ, PROF. DR. SİNAN BALCI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Savunma ve Savunma Teknolojileri, Physics and Physics Engineering, Defense and Defense Technologies
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fotonik Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 148
Özet
Bu tez, yalıtımlı Si (SOI) alttaş üzerinde grafen (G) ve n-tipi silikon (n-Si) tabanlı kendi kendine çalışan bir boyutlu (1D) ve iki boyutlu (2D) fotodedektör dizilerinin (PDAs) tasarımı, üretim süreci ve performans değerlendirmesi için öncü yöntemler sunmaktadır. Aygıt yapısında sırasıyla tek tabakalı G, deşik toplayıcı saydam iletken elektrot olarak (TCE) ve n-Si ise ışığı soğuran malzeme olarak kullanılmaktadır. SOI üzerinde tek piksel G/n-Si diyotunun foto-tepki özelliklerini analiz ettikten sonra, sırasıyla ortak ve ayrı G elektrotlu G/n-Si tabanlı Schottky bariyer 1D PDA'lar ve doğrusal olarak dizilmiş n-Si kanalları üzerinde ayrı G elektrotlu 2D PDA'lar ürettik. Her bir G/n-Si diyot, düşük karanlık akım ile belirgin bir doğrultucu Schottky karakteri sergilemiştir ve diyot parametreleri, akım-voltaj ölçümü kullanılarak analiz edilmiştir. Ayrıca, tüm diyotlar, ışık aydınlatması altında net bir fotovoltaik aktivite ve 660 nm tepe dalga boyunda maksimum tepki göstermiştir. PDA'daki her bir diyot, 660 nm dalga boyunda kendi gücünü sağlayan mod altında, 104'e kadar Ilight/Idark oranı, ~0,1 A/W duyarlılık ve ~1,3 μs yanıt hızı açısından benzer aygıt performansları ortaya koymuştur. Optik karışma, komşu diyotlar arasında son derece düşüktür ve ayrıca G, dizili Si üzerinde ayrı elektrot olarak kullanıldığında, dizi başına ~%0,10'a (-60 dB) kadar büyük ölçüde minimize edilmiştir. Zamana bağımlı foto-akım ölçümleri, her üç aygıt tipinin de ürettiği fotoakımın kendini mükemmel bir şekilde yenileyebildiğini ortaya çıkarmıştır. Diyot yapısındaki n-Si üzerine transfer edilen grafen filmin homojenliği Raman haritalaması ile incelenmiştir ve diyotun gelen ışığa duyarlılığı ile ilişkilendirilmiştir. Bu tez, G ve SOI teknolojisini üretim kolaylığı ile PDA aygıtlara uyarlayarak çeşitli potansiyellere sahip yeni nesil optoelektronik aygıtlara zemin hazırlamaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis presents the pioneering methods for the design, fabrication process, and performance evaluation of graphene (G) and n-type silicon (n-Si) based self-powered one dimensional (1D) and two dimensional (2D) photodetector arrays (PDAs) on a silicon on insulator (SOI) substrate. In the device structure, monolayer G is utilized as hole collecting transparent conductive electrode (TCE) and n-Si is used as light absorbing material, respectively. After analyzing the photo-response characteristics of single pixel G/n-Si diode on SOI, we fabricated G/n-Si based Schottky barrier 1D PDAs with common G electrode, separate G electrode and 2D PDA with individual G electrodes on linearly arrayed n-Si channels, respectively. Each G/n-Si diodes exhibited a clear rectifying Schottky character with low dark current and diode parameters were analyzed using the current-voltage measurement. Besides, all diodes demonstrated a clear photovoltaic activity under the light illumination and maximum responsivity at 660 nm peak wavelength. Each diode in PDA revealed similar device performances under self-powered mode in terms of an Ilight/Idark ratio up to 104, a responsivity of ~0.1 A/W and a response speed of ~1.3 μs at 660 nm wavelength. The optical crosstalk was extremely low between neighboring diodes and also it could be greatly minimized when G is used as separated electrode on arrayed Si up to ~0.10% (-60 dB) per array. Time dependent photocurrent spectroscopy measurements revealed an excellent photocurrent reversibility of both device types. In the diode structure, the homogeneity of the graphene film transferred on n-Si were examined by Raman mapping and correlated with the sensitivity of diode to incoming light. This thesis paves the way for the new generation of optoelectronic devices with various potential by integrating G and SOI technology to PDA devices with ease of fabrication.
Benzer Tezler
- CMOS-compatible graphene-silicon photodetectors
Başlık çevirisi yok
HAKAN SELVİ
Doktora
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiThe University of ManchesterPROF. DR. DANIŞMAN YOK
- Dalga kılavuzu entegreli grafen – SOI tabanlı fotodiyot üretimi ve karakterizasyonu
The fabrication and characterization of waveguide integrated graphene - SOI based photodiode
ELANUR SEVEN
Doktora
Türkçe
2021
Mühendislik BilimleriAtatürk ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ERTUĞRUL
PROF. DR. ELİF ORHAN
- Yalıtkan üstü silikon tek kipli optik dalgakılavuzunun üretimi ve karakterizasyonu
Fabrıcatıon and characterızatıon of sıngle mode sılıcon on ınsulator optıcal waveguıde
ÖZGÜR ARAS
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ELİF ORHAN
- Development of actuator and force sensor for small-scale mechanical testing
Küçük ölçekte mekanik test için eyleyici ve kuvvet algılayıcısı geliştirilmesi
GÖKHAN NADAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURHANETTİN ERDEM ALACA
- Metal-oksit nanotel tabanlı aygıtların üretimi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of metal-oxide nanowire based devices
MUSTAFA COŞKUN
Doktora
Türkçe
2017
Fizik ve Fizik MühendisliğiMarmara ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATİH DUMLUDAĞ
PROF. DR. AHMET ALTINDAL