Fabrication and characterization of nbn Inas/Gasb/B-Al(x)ga(1-x)sb type-II superlattice detectors with dual-color detection in mwir
Orta dalga boyunda çift renkli algılama yapabilen nbn Inas/Gasb/B-Al(x)ga(1-x)sb tip-II süperörgü dedektörlerin fabrikasyonu ve karakterizasyonu
- Tez No: 735946
- Danışmanlar: PROF. DR. TAYFUN AKIN, DOÇ. DR. KIVANÇ AZGIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- 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: 132
Özet
nBn yapılı Tip-II süperörgü dedektörler Shockley-Read-Hall (SRH) kaynaklı karanlık akım bileşenlerini baskılaması sebebiyle daha yüksek sıcaklıklarda algılama yapabilmeyi mümkün kılmıştır. Bu kapsamda aktif yüzeyleri orta-dalga boyunda çift renkli algılama yapabilen, n-tipi malzeme katkılı N-tasarım InAs/AlSb/GaSb tip-II süperörgü katmanlar arasına geniş bant enerjisine sahip Al(x)Ga(1-x)Sb katman bir elektron bariyer görevi görecek şekilde tasarlanmıştır. Bu tez çalışmasında büyütülen yapının piksel boyutunda fabrikasyon adımları gerçekleştirilmiştir. Sığ aşındırma (T1) ve derin aşındırma (T2) olarak bilinen aşındırma optimizasyonları yapılarak mesa yapısında ve farklı alan-çevre oranlarına sahip test dedektörleri (100×100, 150×150, 200×200, 300×300 μm^2) ODTÜ-MEMS Merkezi'nde elde edilmiştir. Sıcaklığa bağlı karanlık akım yoğunluğu ölçümleri ve karacisim tepkisellik ölçümleri yapılarak örneklerin elektriksel ve optik karakterizasyonları tamamlanmıştır. Karanlık akım yoğunluğu ölçümlerinde Keithley 2635B SMU kullanılmış, fakat cihazın ölçebileceği minimum akım seviyesi 10^-12 A olduğundan 160 K'den düşük sıcaklıklarda karanlık akım yoğunluğu değerleri düzgün şekilde ölçülememiştir. Bu sebeple T1 ve T2 örneklerindeki 300 μm'lik piksellerin karanlık akım yoğunluğu analizleri 160 K'de yapılmıştır. Sığ aşındırma ve derin aşındırma örnekleri için en düşük karanlık akım seviyeleri 0.25 V'ta sırasıyla 7.32×10^-12 A ve 4.74×10^-10 A olarak elde edilmiştir. Düşük voltaj değerlerinde düşük karanlık akım seviyelerine ulaşılsa da, orta dalgaboyunda yüksek fototepkiselliğin olduğu 2 V'ta sığ aşındırma ve derin aşındırma için örneklerin karanlık akım değerleri sırasıyla 1.85×10^-6 A ve 1.44×10^-6 A olarak bulunmuştur. 0.25 V'taki diferansiyel direnç × dedektör alanı (R0.A) değerleri sığ aşındırma için 7.86×10^7 Ω.cm^2 ve derin aşındırma için 2.02×10^5 Ω.cm^2 olarak hesaplanmıştır. Optik hesaplamalar için yapıyı üreten firmadan gönderilen 3-5 μm aralığındaki ve 2 V kutuplama voltajında ölçülmüş spektral tepkisellik verileri kullanılmıştır. Örneklerin karacisim tepkisellik ölçümleri 800 K'de (λtepe=3.6 μm) oyuk karacisim ile yapılmıştır. Örneklerin λtepe dalga boyundaki tepe tepkisellik değerleri, 2 V'taki fotoakım değerleri ve spektral tepkisellik verileri kullanılarak T1 ve T2 için 1.5 A/W ve 0.46 A/W olarak bulunmuştur. Örneklerin harici kuantum verimliliği ve termal gürültü limitli spesifik dedektivite değerleri T1 için %50 ve 1.7×10^11 Jones, T2 için %15 ve 5×10^10 Jones olarak hesaplanmıştır. Örneklerin karanlık gürültü değerleri 2 V'taki diferansiyel direnç ve karanlık akım değerleri kullanılarak teorik olarak hesaplanmıştır. T1 için termal gürültü ve shot gürültü değerleri 1.63×10^-13 A/√Hz ve 7.70×10^-13 A/√Hz, T2 için 1.51×10^-13 A/√Hz ve 6.79×10^-13 A/√Hz olarak hesaplanmıştır.
Özet (Çeviri)
Type-II superlattice detectors with nBn structure made it possible to detect at higher temperatures due to the suppressing of the dark current components originating from Shockley-Read-Hall (SRH). In this context, the Al(x)Ga(1-x)Sb layer with wider band-gap energy was designed to act as an electron barrier between the n-doped N-Structure InAs/AlSb/GaSb type-II superlattice layers, whose active layers are capable of dual-color detection at mid-wavelength. In this thesis work, the fabrication processes of the growth design were carried out in pixel size. The test detectors with mesa form and different perimeter-to-area ratios (100×100, 150×150, 200×200, 300×300 μm^2) were acquired by making the etching optimization known as shallow etch (T1) and deep etch (T2) in METU-MEMS Center. The electrical and optical characterizations of the samples were completed by making the temperature-dependent dark current density measurements and the blackbody responsivity measurements. Keithley 2635B SMU was used in dark current density measurement, but since the lowest current value that can measure for the device is 10^-12 A, the dark current density values of the samples could not be measured properly at lower temperatures than 160 K. Therefore, the dark current density analysis of 300 μm pixels from T1 and T2 were done at 160 K. The minimum dark current levels were obtained as 7.32×10^-12 A and 4.74×10^-10 A at 0.25 V for the shallow etch and the deep etch, respectively. Although low-level dark current values were achieved at low voltage bias, the dark current levels of the samples were found as 1.85×10^-6 A and 1.44×10^-6 A for the shallow etch and the deep etch, respectively, at 2 V, which the high photoresponsivity exists for mid-wavelength. The differential-resistance × detector area (R0.A) at 0.25 V were calculated as 7.86×10^7 Ω.cm^2 for shallow etch and 2.02×10^5 Ω.cm^2 for deep etch. The measured spectral responsivity data sent by the manufacturer company of the structure was used between 3-5 μm wavelength range and 2 V voltage bias for optical calculation. The blackbody responsivity measurements of the samples were obtained at 800 K (λpeak=3.6 μm) with cavity blackbody. The peak responsivity values of the samples were found as 1.5 A/W and 0.46 A/W at the λpeak wavelength for the T1 and T2 using the photocurrents of the samples at 2 V voltage bias and spectral responsivity data. The external quantum efficiency and thermal noise limited specific detectivity of the samples were estimated 50% and 1.7×10^11 Jones for T1 and 15% and 5×10^10 Jones for T2. The dark noise values of the samples were calculated as theoretically by using the differential resistance values and the dark current values at 2 V. The thermal noise and the shot noise values were found as 1.63×10^-13 A/√Hz and 7.70×10^-13 A/√Hz for T1, 1.51×10^-13 A/√Hz and 6.79×10^-13 A/√Hz for T2.
Benzer Tezler
- 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
2023
Fizik ve Fizik MühendisliğiEskişehir Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YÜKSEL ERGÜN
- Fabrication and characterization of SWIR/eSWIR dual-band nBn InGaAs focal plane arrays
Çift bantlı KDK/gKDK nBn InGaAs odak düzlem dizinlerinin üretilmesi ve karakterize edilmesi
MUSA SELİM GÜL
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERDAR KOCAMAN
- Optimization, fabrication, and characterization of dual-band InGaAs NBN photodetectors
Çift bantlı InGaAs NBN fotoalgılayıcıların optimizasyonu, üretimi ve karakterizasyonu
ALPER ŞAHİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERDAR KOCAMAN
- Fabrication and characterization of amorphans silikon microcavities
Amorf silikon mikroçınlaçlarının üretimi ve karakterizasyonu
SELİM TANRISEVEN
Yüksek Lisans
İngilizce
1999
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALİ SERPENGÜZEL
- Fabrication and characterization of high-speed, hig quantum efficiency, resonant cavity enhanced schottky photodidoes
Rezonant kavite ile güçlendirilmiş yüksek, hızlı ve yüksek verimli schottky fotodiyot üretimi ve karakterizasyonu
ERHAN POLATKAN ATA
Doktora
İngilizce
1998
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EKMEL ÖZBAY