Dark current optimization desings for mesa and planar type processed short wavelength infrared photodetectors
Mesa ve planar yapılı kısa dalgaboyu kızılötesi dedektörlerin karanlık akım optimizasyon tasarımları
- Tez No: 663503
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ALPAN BEK, DR. YETKİN ARSLAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışması, mesa ve planar tipte üretilen pin heteroeklem yapısındaki InGaAs/InP bazlı SWIR fotodiyotların karanlık akım seviyelerinin optimize edildiği özgün tasarımları raporlamaktadır. Mesa tip dedektörler için yapılan çalışma kapsamında geliştirilen özgün pasivasyon çalışması, tamamen boşalmış bölge içerisinde kalan p tipi katkılanmış ince InP tabakasının geliştirilmesi temeline dayanmaktadır. Mesa tipindeki dedektörler multi renk, hiperspektral görüntüleme gibi uygulamalar için kullanılmaktadır. Yapılan çalışma kapsamında pasivasyon etkisinin izlenilebilirliği için, tamamı boşalmış bölge içerisinde bulunan InP katmanının aşındırıldığı ve aşındırılmadığı durumların karşılaştırmalı olarak çalışılabileceği, değişik boyut ve sayılarda test dedektörleri üretilmiştir. Test dedektörlerinin I-V karakterizasyonları oda sıcaklığında yapılmıştır. Değişik boyut ve sayılarda üretilen test dedektörleri kullanılarak karanlık akımın hacim ve yüzey bileşenleri ayrılmıştır. Sonuçlar ışığında geliştirilen özgün pasivasyon yaklaşımının yüzey karanlık akım bileşenini baskılayarak genel karanlık akımı 3 kata kadar azalttığı görülmüştür. Planar yapılı dedektörler için yapılan çalışmada ise geliştirilen özgün epikatman yapısı ile boşalmış bölge derinliği ve katkılama seviyelerinin optimize edilmesi sayesinde karanlık akımın hacim ve yüzey bileşenleri beraber düşürülmüştür. Üretilen 15 μm adımlı pikseller için piksel başına oda sıcaklığında 12 fA karanlık akım ve %86 kuantum verimliliğine karşılık gelen 1.08 A/W tepkisellik elde edilmiştir. Karanlık akım, difüzyon, GR ve tünelleme akım bileşenlerine ayrılmıştır ve modelleme çalışmalarında deneysel çalışmalarla birebir örtüşen sonuçlar elde edilmiştir. Üretilen ve dünya standartlarında en yüksek performansa sahip olan dedektörlerden biri olan bu planar yapılı dedektörler ile temiz oda prosesi sonrasındaki hibritleştirme adımları da optimize edilerek rekor seviyede işlerliğe sahip hibrit sensör geliştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
This thesis aims to report novel designs to achieve lower dark current values for modified pin heterojunction InGaAs/InP SWIR photodiodes for both mesa and planar type production methodologies. Mesa type studies cover novel passivation methodology based on a fully depleted thin p-InP layer. Mesa structured detectors are targeted due to their competitive advantages for applications such as multicolor/hyperspectral imaging. Test detector pixels with different perimeter/area ratios are fabricated with and without etching the thin InP passivation layer between pixels in order to comparatively examine passivating behavior. I-V characteristics of the test detectors are measured at room temperature. Based on the results from differently sized pixel groups, bulk and surface dark current components are separated. Results show that thin InP layer decreases dark current by a factor of 3 while increasing photo current due to higher carrier collection efficiency Planar type studies with developing novel epilayer structures, junction depth optimization and successful suppression of surface and bulk generation and recombination (GR) dark current components resulted in diffusion current limited high performance planar type SWIR detectors. For 15 μm pixel pitch, we obtained12 fA pixel dark current at room temperature (~26°C) and 1.08 A/W responsivity (at 1.55 μm) that is corresponding 86% quantum efficiency (QE). Dark current modeling analysis is performed based on bias dependency of diffusion, GR and tunneling current components. Results show excellent match with experimental data. Utilizing the developed planar type detectors with the state-of-the-art performance, post process optimizations also completed which result high performance megapixel SWIR imaging sensors with record level operability.
Benzer Tezler
- Waveguide-integrated germanium photodetector design and optimization for sensing and telecom applications
Dalgakılavuzu ile tümleşik germanyum fotodedektörlerin sensör ve telekom uygulamaları için tasarım ve optimizasyonu
HASAN FIRAT YILDIZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET CENGİZ ONBAŞLI
- Performance optimization in PbS quantum dot based infrared thin-film photodetectors
PbS kuantum noktacık içeren ince film fotodedektörlerde performans optimizasyonu
İREM SÜTCÜ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
EnerjiAnkara Yıldırım Beyazıt ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NURAY ÇELEBİ
DOÇ. DR. KUROŞ SALİMİ
- Numerical modeling and optimization of HgCdTe infrared photodetectors for thermal imaging
Termal görüntüleme amaçlı HgCdTe kızılötesi fotodedektörlerin sayısal modelleme ve optimizasyonu
HASAN KOÇER
Doktora
İngilizce
2011
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPROF. DR. CENGİZ BEŞİKCİ
- Biyokontrol ajanı olarak Trichoderma mikropropagüllerinin sıvı kültür fermentasyonu ile üretim optimizasyonu
Optimization of production conditions for Trichoderma micropropagules as a biocontrol agent by using liquid fermentation
DERYA MARAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
BiyomühendislikEge ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RENGİN ELTEM
- Organik fotodedektörlerin SCAPS-1D tabanlı optimizasyonu: Geniş bant algılama için ince film ve arayüz mühendisliği
Optimization of organic photodetectors based on SCAPS-1D: Thin film and interface engineering for wide-band detection
AHMET SAİT ALALI
Doktora
Türkçe
2026
Fizik ve Fizik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FEDAİ İNANIR