Geri Dön

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

Çift bantlı InGaAs NBN fotoalgılayıcıların optimizasyonu, üretimi ve karakterizasyonu

  1. Tez No: 763573
  2. Yazar: ALPER ŞAHİN
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. SERDAR KOCAMAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 88

Özet

Birçok uygulama 1-3 um aralığındaki kızılötesi dalga boylarını kullandığı için Kısa Dalga Boylu Kızılötesi (KDK) ve Genişletilmiş Kısa Dalga Boylu Kızılötesi (gKDK) bölgeleri oldukça ilgi çekmektedir. Gaz algılama, spektroskopi, gıda güvenliği, astronomi, görüntüleme ve optik iletişim bu uygulamalar arasında yer almaktadır. Tipik olarak KDK/gKDK bantlarındaki düşük radyasyon seviyeleri KDK/gKDK fotoalgılayıcılarının yüksek kuantum verimliliği ve düşük karanlık akım değerlerine sahip üstün bir performans göstermesini gerektirmektedir. InP'a örgü eşlenik InGaAs malzemeler ile üretilen fotoalgılayıcılar, yüzey kaçak akımlarından dolayı olumsuz etkilenmelerine rağmen kabul edilebilir maliyetlerle en iyi performansı sunmaktadır. Ancak algılama kesim dalga boyunun 1.7 um seviyesinden 2.5 um seviyesine doğru uzaması, 1.7 um dalga boyundan uzun dalga boylarında InGaAs ve InP örgü eşlenik olmadığı için malzeme kalitesinin ciddi ölçüde düşmesine sebep olmaktadır. Görece daha yeni olan nBn tipi algılayıcılar ise yüzey kaçak akımları ve malzeme kaynaklı karanlık akım mekanizmalarına karşı etkili çözümler sunmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında, çift bant algılama kabiliyetine sahip 1.7 um / 2.0 um dalga boyunda çalışan nBn tipi InGaAs fotoalgılayıcı tasarlanmış, üretilmiş ve karakterize edilmiştir. İstem dışı seviyede katkılanmış InAlGaAs katmanı, iki InGaAs n-tipi emici katman arasına bariyer olarak yerleştirilmiştir. Bariyere p-tipi delta katkılama uygulanarak bütün cihazın bant yapısı, valans bandında fotouyarılmış taşıyıcıların akışını engelleyecek bir kayma oluşmayacak şekilde ayarlanmıştır. 300 K sıcaklıkta ve büyük alanlı bir piksel üzerinde yapılan karanlık akım ölçümü KDK ve gKDK kısımları için sırasıyla 3.40 mA/cm^2 ve 0.61 uA/cm^2 karanlık akım değerlerini vermiştir. 200 K sıcaklıktaki karanlık akım yoğunluğu değerleri gKDK bandı için 8.05 uA/cm^2 seviyesine düşerken KDK bandı 1.09 nA/cm^2 seviyesinde karanlık akım yoğunluğu vermiştir. Arrhenius grafikleri hem KDK hem de gKDK bantları için tünelleme ve yüzey bileşenlerinin başarılı bir şekilde elendiği anlamına gelen sabit bir eğim göstermiştir. Yüzey kaçak akımlarının bastırıldığı değişik alanlı pikseller üzerinde yapılan karanlık akım yoğunluğu ölçümleriyle ayrıca doğrulanmıştır. Yansıma önleyici kaplama olmaksızın gerçekleştirilen optik ölçümler gKDK ve KDK kısımları için sırasıyla 67% ve 53% tepe kuantum verimliliği değerleri ölçülmüştür. Yüksek kuantum verimliliği değerleri valans bandında bir kayma olmadığını doğrulamıştır.

Özet (Çeviri)

Shortwave and extended shortwave infrared regions are attracting significant attention since many applications utilize infrared wavelengths between 1-3 um. Gas sensing, spectroscopy, food safety, astronomy, imaging, and optical communication are among the applications that utilize SWIR/eSWIR detectors. Typically Low radiation levels at SWIR/eSWIR bands require SWIR/eSWIR photodetectors to have outstanding performance, including high quantum efficiency and very low dark current. Photodetectors built with InGaAs lattice matched to InP provide the best performance at affordable costs, although they suffer from surface leakage currents. However, extending the cut-off wavelength from 1.7 um to 2.5 um causes material quality to decrease significantly due to the lattice mismatch between InGaAs/InP. nBn detectors, introduced relatively recently, offer effective solutions to dark current mechanisms due to surface leakage and material-related problems. In the scope of this thesis study, an nBn type InGaAs photodetector at 1.7 um / 2.0 um with dual-band capacity was designed, fabricated, and characterized. An unintentionally doped InAlGaAs layer was placed between two n-type InGaAs absorbers as the barrier material. p-type delta doping was applied to the barrier to arrange the band structure of the overall device so that there is no valance band offset that hinders the flow of the photoexcited minority carriers. Dark current measurements at 300 K on a large area pixel yield 3.40 mA/cm^2 and 0.61 um A/cm^2 for the eSWIR and SWIR sides, respectively. Dark current values at 200 K for the eSWIR decreased to 8.05 uA/cm^2, while the SWIR side provided 1.09 nA/cm^2. Arrhenius plots for both SWIR and eSWIR sides presented a fixed slope, meaning tunneling and surface components were successfully eliminated. Suppression of surface leakage currents was also verified with dark current measurements on different area pixels. Optical measurements without anti-reflective coating yielded 67% and 53% peak quantum efficiencies for eSWIR and SWIR sides, respectively. High quantum efficiency values acknowledged the absence of valance band offset.

Benzer Tezler

  1. 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

    UTKU ÇEKMEZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TAYFUN AKIN

    DOÇ. DR. KIVANÇ AZGIN

  2. Mechanical behavior of additively manufactured polymer composite structures and interfaces

    Eklemeli imalat ile üretilen polimer kompozit yapıların ve arayüzeylerin mekanik özellikleri

    MEHMET KEPENEKCİ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SEZER ÖZERİNÇ

  3. Design, fabrication and characterization of an ultra-broadband metamaterial absorber using bismuth in the near infrared region

    Yakın kızılötesi bölgesinde çalışan çok geniş bantlı bir metamalzeme soğurucunun bizmut kullanılarak tasarımı, üretimi ve karakterizasyonu

    İMRE ÖZBAY

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÖNÜL SAYAN

  4. Design, fabrication, and characterization of normally-off GaN hemts

    Normalde kapalı YEMT aygıtların tasarım, fabrikasyon ve karakterizasyonu

    MELİSA EKİN GÜLSEREN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. EKMEL ÖZBAY

  5. Design, fabrication and characterization of interdigitated back contact silicon solar cells

    Arka kontak arka eklemli silisyum güneş gözelerinin tasarım, üretim ve karakterizasyonu

    EMİNE HANDE ÇİFTPINAR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. RAŞİT TURAN

    DR. ÖĞR. ÜYESİ SELÇUK YERCİ