Geri Dön

Barrier engineering for high-performance nBn infrared photodetectors

Yüksek performanslı nBn kızılötesi fotodedektörler için bariyer mühendisliği

  1. Tez No: 639620
  2. Yazar: FATİH UZGUR
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. SERDAR KOCAMAN, DOÇ. DR. ALPAN BEK
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Savunma ve Savunma Teknolojileri, Electrical and Electronics Engineering, Physics and Physics Engineering, Defense and Defense Technologies
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 196

Özet

Yüksek performans uygulamaları için pn kızılötesi foto dedektörlerinde karanlık akımı azaltmak, yoğun çalışmalara rağmen hala zorlu bir problemdir. Son yirmi yıldır bariyer tipi kızılötesi dedektörler, yüksek performans ve yüksek çalışma sıcaklığı koşulları için bir çözüm olarak önerilmektedir. Ancak valans bandı süreksizliği bariyer dedektör mimarisinin uygulanabileceği dedektör malzemelerini sınırlamaktadır. Bu tez çalışmasında bant aralığı mühendisliği teknikleri kullanılarak bariyer dedektör mimarisindeki bazı malzeme sınırlamalarının ortadan kaldırılabileceği nümerik olarak gösterilmiştir. Bu çalışmada ticari Synopsys Sentaurus TCAD simülatörü kullanılarak akım, süreklilik ve Poisson denklemlerinin yüksek hassasiyetle hesaplandığı simülasyonlar ve analizler yapılmıştır. Bu çalışmada bant aralığı derecelendirme ve delta katkılı katmanlar kullanılarak InGaAs ve HgCdTe nBn dedektör yapıları elde edilmiştir. SWIR InGaAs nBn dedektörleri için örgü uyumlu InAlAs ve örgü uyumsuz InGaAs malzemeleri bariyer katmanı olarak kullanılmıştır. Yüzey sızıntı ve G-R akım mekanizmaları baskılanarak, konvansiyonel InGaAs pn dedektörüne kıyasla, foto tepkiden ödün vermeksizin karanlık akım seviyesinde InAlAs bariyerli dedektör için en az 40 kat ve InGaAs bariyerli dedektör için de en az 20 kat iyileşme gösterilmiştir. Ayrıca önerilen bu metot, e-SWIR/SWIR InGaAs çift bantlı nBn dedektör yapısının elde edilmesinde de başarıyla uygulanmıştır. Diğer bir çalışmada, HgCdTe malzemesi ile SWIR, MWIR ve LWIR dalga boyu aralıkları için nBn dedektörü tasarlanmıştır. Bu tasarlanan yapılarda G-R ve TAT akımlarının güçlü bir şekilde bastırıldığı ve önerilen bu yöntemin alternatif taban HgCdTe teknolojisi için de uygulanabilir olduğu gösterilmiştir. Yine bu tezde HgCdTe MWIR/LWIR çift bantlı nBn dedektör yapısı, aynı yöntem (bant aralığı derecelendirme ve delta katkılı katmanlar) kullanılarak nümerik olarak ortaya konulmuştur. Bu yöntemin esnekliği sayesinde kompozisyonla bant aralığı değiştirilebilen dedektör malzemeleri için bariyer yüksekliği ve kalınlığı ayarlanabilirken, aynı zamanda sıfır valans bant ofseti de elde edilebilmektedir.

Özet (Çeviri)

Despite intensive studies, for high-performance applications, lowering dark current is still a challenging problem for pn-type infrared (IR) photodetectors. Over the last two decades, barrier-type IR detectors have been proposed as a solution for obtaining high-performance and high operation temperature conditions. However, the valence band discontinuity limits the material alternatives to which the barrier detector architecture can be applied. In this thesis work, it has been numerically shown that some material limitations in the barrier detector architecture can be eliminated using bandgap engineering techniques. Herein, simulations and analyses were performed by using Synopsys Sentaurus technology computer-aided design (TCAD) commercial device simulator via calculations of the current, continuity, and Poisson's equations with high precision. In this study, delta-doped layers, together with compositionally grading, were utilized to get InGaAs and HgCdTe nBn type IR barrier detector configurations. For the shortwave IR (SWIR) band InGaAs nBn detector, lattice-matched InAlAs and lattice-mismatched InGaAs were used for the barrier material. At least 40 and 20 times improvement, respectively, were calculated in the dark current level by suppressing the surface leakage and generation-recombination (G-R) current mechanisms without compromising any photo-response when compared to the conventional pn junction. This method was also applied successfully for obtaining an extended SWIR (eSWIR)/SWIR InGaAs dual-band nBn detector structure. In the case of HgCdTe material systems, strong suppression of G-R and trap assisted tunneling (TAT) currents were numerically demonstrated with the designed nBn structures in the SWIR, midwave IR (MWIR), and longwave IR (LWIR) bands, which could be useful for the alternative substrate HgCdTe technology. The HgCdTe dual-band nBn detector configuration was also examined in MWIR/LWIR bands again by using compositionally graded and delta-doped layers. Thanks to the flexibility of this method, the length and thickness of the barrier can be adjusted, while zero valence band offset is achieved at the same time for the compositionally bandgap adjustable materials.

Benzer Tezler

  1. Optimization, fabrication, and characterization of dual-band InGaAs NBN photodetectors

    Çift bantlı InGaAs NBN fotoalgılayıcıların optimizasyonu, üretimi ve karakterizasyonu

    ALPER ŞAHİN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SERDAR KOCAMAN

  2. N yapılı InAs/AlSb/GaSb kızılötesi süperörgü dedektörlerin test piksel ve odak düzlem dizin fabrikasyonu ve karakterizasyonu

    Test pixel and focal plane array fabrication and characterization of N-structure InAs/AlSb/GaSb infrared superlattice detectors

    SEVAL ŞAHİN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Fizik ve Fizik MühendisliğiEskişehir Teknik Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. YÜKSEL ERGÜN

  3. Band modelling of N-type superlattice detector systems with using empirical pseudopotential method

    Empirical pseudopotentıal metodu kullanılarak N-tipi süperörgü dedektör sistemlerinin band modellemesi

    KAZIM AKEL

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Fizik ve Fizik MühendisliğiEskişehir Teknik Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. YÜKSEL ERGÜN

  4. High-operating-temperature (HOT) infrared detectors based on antimonide heterostructures

    Antimoni çokluyapı tabanlı yüksek sıcaklıkta çalışan (HOT)kızılötesi dedektörler

    MELİH KORKMAZ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Fizik ve Fizik MühendisliğiEskişehir Teknik Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. UĞUR SERİNCAN