Design and fabrication of strained light emitting germanium microstructures by liquid phase epitaxy
Sıvı faz epitaksi yöntemiyle geliştirilmiş çekme gerinimli ışık saçan germanyum microyapılarının tasarımı ve üretimi
- Tez No: 688183
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SELÇUK YERCİ, DR. ÖĞR. ÜYESİ ÇİÇEK HATİCE BOZTUĞ YERCİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- 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
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 125
Özet
Germanyum, CMOS teknolojisi ile uyumludur ve Si platformlarında entegre bir lazerin geliştirilmesinde kullanılabilir. Ancak, dolaylı bant yapısı gereği çok verimsiz bir ışık yayıcıdır. Diğer yandan, gerinim uygulanması, germanyumun direk ve dolaylı bantları arasındaki farkı düşürür, ki bu da karşılığında malzemenin ışık yayma verimliliğini artırır ve germanyumu direk bant aralığına sahip bir malzemeye dönüştürür. Bu tezde ilk olarak, mümkün olan en yüksek çift eksenli ve tek eksenli gerinim seviyelerini veren, en verimli Ge mikroyapılarının boyutlarını belirlemek için sonlu elemanlar yöntemi simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Bunu takiben, silisyum nitrürün üstte ve yanlarda bir stres katmanı görevi gördüğü Ge mikroyapıları üretilmiştir. Amorf Ge ve stresör filmlerinin biriktirme işlemleri, basit, düşük maliyetli ve çevre dostu bir yöntem olan radyo frekansı magnetron saçtırma ile yapılmıştır. Amorf formdaki Ge mikroyapılarının kristallenmesi için sıvı faz epitaksi tekniği kullanılmıştır. Tek bir tavlama adımının amorf germanyumu tek kristale dönüştürdüğü ve aynı zamanda silisyum nitrür filmde çekme stresini indüklediği gösterilmiştir. Dahası, devamındaki ıslak kimyasal aşındırma adımlarının tek kristal Ge mikroyapılarında çekme gerinimi indüksiyonunu desteklediği gösterilmiştir. Bu ıslak aşındırma işlemlerinin türü ve süresi değiştirilerek gerinim miktarının kolayca ayarlanmıştır. %3,5'e kadar olan tek eksenli gerinim seviyesi Raman ve mikro fotolüminesans spektroskopisi ile gösterilmiş ve FEM simülasyonları ile doğrulanmıştır. Bu çalışmanın sonuçları, düşük maliyetli ve kullanımı kolay biriktirme ve kristalizasyon tekniklerini ile Si çipleri üzerinde kızılötesi Ge lazerleri elde etmenin yolunda önemli bir aşama sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Germanium is compatible with CMOS technology and can be utilized for the development of an integrated laser on Si platforms. Nevertheless, it is a very inefficient light emitter owning to its indirect bandgap. On the other hand, the application of tensile strain reduces the split in between direct and indirect band edges of Ge, which in turn enhances its light emission efficiency, and converts it into a direct bandgap material. In this thesis, firstly finite element model simulations are performed to determine the dimensions of the most efficient Ge microstructures providing the highest possible biaxial and uniaxial strain levels. Following that, Ge microstructures are fabricated, in which silicon nitride acts as a stressor layer on top and sides. Radio frequency magnetron sputtering, a straightforward, low-cost, and environmentally friendly method, is used for both amorphous Ge and the stressor film deposition processes. The liquid phase epitaxy technique is utilized to crystallize the amorphous Ge. It is demonstrated that one single annealing step converts the Ge to a single crystal and induces tensile stress to the nitride film, simultaneously. Moreover, the proceeding wet chemical etching steps promote the tensile strain induction in the Ge microstructures. The amount of strain can easily be tuned by changing the type and duration of wet etching processes. A uniaxial strain level of up to 3.5% has been demonstrated by Raman and micro photoluminescence spectroscopy, and verified by FEM simulations. Results of this study pave the way to obtain infrared Ge lasers on Si chips by utilizing cost-efficient and easy-to-use deposition and crystallization techniques.
Benzer Tezler
- Novel concepts in high power semiconductor lasers
Yüksek güçlü yarıiletken lazerlerde yeni kavramlar
SEVAL ARSLAN
Doktora
İngilizce
2018
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ GÜLSEREN
PROF. DR. ATİLLA AYDINLI
- Al-Sic metal matrisli karma malzemelerinin deformasyon davranışının sonlu elemanlar yöntemi ile parametrik analizi
Başlık çevirisi yok
ŞAFAK YILMAZ
- Characterızatıon of MWIR quantum well infrared photodetector imagıng sensor arrays on InP substrates
InP taban üzerinde MWIR kuantum kuyulu kızılötesi fotodedektör görüntüleme sensörlerinin karakterizasyonu
ONUR TANIŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ BEŞİKCİ
- MEMS teknolojisi tabanlı kapasitif rezonatör tasarımı ve üretimi
Design and fabrication of MEMS technology based capacitive resonator
ERGUN AYTAŞKIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiPamukkale ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SERDAR TEZ