Silisyum tek foton çığ fotodedektör (SPAD) tasarım ve benzetimi
Design and simulation of a silicon single photon avalanche photodiode (SPAD)
- Tez No: 777633
- Danışmanlar: PROF. DR. ALİ TANGEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Kocaeli Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 65
Özet
Bu tez çalışmasında yakın ultraviyole (NUV) ve görünür bölgede algılama yapan 1,5mm yarıçapa sahip silindirik silisyum tek foton çığ fotodiyotu (SPAD) tasarımı ve benzetimi yapılmıştır. Tasarım aşamasında reach-through yapısı kullanılmıştır. Epitaksiyel büyütme, iyon implantasyonu, fotolitografi, fiziksel buhar biriktirme, kimyasal buhar biriktirme teknikleri kullanılarak hazırlanan tam özel (full custom) fabrikasyon akışı sayesinde yüksek tepkisellik ve düşük karanlık akım hedeflenmiştir. Bu parametreleri optimize etmek adına çığ fotodiyot için en önemli bölge olan çığ jonksiyonu üzerine odaklanılmıştır. 35µm epitaksiyel katman büyütülerek oluşturulan n+ - p - π(p-) - p+ yapısının, iyon implantasyonu tekniği kullanılarak konsantrasyonları düzenlenmiştir. İç kazanç sayesinde oluşan tepkiselliği yüksek tutmak amacıyla kuantum verimliliği üzerinde durulmuştur. Yüksek kuantum verimliliği elde etmek için oluşturulan epitaksiyel yapı SiO2 ve Si3N4 ışığa duyarlı ince filmlerle kaplanmıştır. Optik bant geçirgen filtre görevi gören ince filmler sayesinde foton absorbsiyonu geliştirilmiştir. Ayrıca karanlık akımı düşük tutmak adına koruma halkaları optimize edilerek çığ bölgesi, yüzey kaçaklarından izole edilmiştir. TCAD SENTAURUS SPROCESS kullanılarak benzetimi yapılan SPAD, SDEVICE kullanılarak elektro-optik testleri gerçekleştirilmiştir. Tez çalışması, tasarlanan SPAD'nin fabrikasyon süreçleri ve optik analiz sonuçları hakkında bilgileri içermektedir. Hazırlanan komut dosyaları ve fabrikasyon değişkenleri sayesinde özgün ve yerli üretim açısından zemin hazırlanmıştır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, a 1,5mm radius cylindrical silicon single photon avalanche photodiode (SPAD) was designed and simulated for near ultraviolet (NUV) and visible region sensing. A reach-through structure was used in the design phase. High responsivity and low dark current were targeted with full custom fabrication flow using epitaxial growth, ion implantation, photolithography, physical vapor deposition, chemical vapor deposition techniques. To optimize these parameters, the avalanche junction was focused on, which is the most important region for the avalanche photodiode. The n+ - p - π(p-) – p+ structure formed by growing a 35µm epitaxial layer, and the critical concentration levels were arranged using ion implantation technique. In order to keep the responsivity high due to the internal gain, quantum efficiency was emphasized. To achieve high quantum efficiency, the epitaxial structure was coated with SiO2 and Si3N4 photosensitive thin films. Photon absorption is improved by the thin films, which are acting as optical bandpass filters. In addition, the avalanche region was isolated from surface leakage by optimizing the guard rings to obtain the low level dark current values. The SPAD was simulated using TCAD SENTAURUS SPROCESS and electro-optical tests were performed using SDEVICE. The thesis includes information about the fabrication processes and optical analysis results of the designed SPAD. Thanks to the prepared scripts and fabrication variables, the groundwork has been prepared for full custom and domestic production.
Benzer Tezler
- Amorf silisyum katkılı schottky diyotların optik ve elektriksel özelliklerinin incelenmesi
Investigation optical and electrical properties of amorphous silicon doped schottky diodes
GİZEM ÇELİKOK
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Fizik ve Fizik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KUBİLAY KUTLU
- Güneş pillerinin verimliliğinin artırılması için gözenekli silisyum ve TiO2 kaplamaların kullanılması
Using porous silicon and TiO2 coatings to increase the efficiency of solar cells
KÜBRA ARAS
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiErzurum Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÇAĞLAR DUMAN
- Fotovoltaik güneş hücrelerinde iteratif yöntemle doluluk faktörünün (FF) sıcaklığa bağımlılığının incelenmesi
Investigation of temperature dependent fill factor of photovoltaic solar cells by simple iterative method
SÜMEYRA SAÇAKLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMuğla Sıtkı Koçman ÜniversitesiEnerji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NEŞE KAVASOĞLU
- Hidrojenlendirilmiş amorf silisyum filmlerin SiH4-He karışımı kullanılarak büyütülmesi ve karakterizasyonu
Preperation and characterization of hydrogenated amorphous silicon films using SiH4-He gas mixture
SERTAP KAVASOĞLU
Doktora
Türkçe
2006
Fizik ve Fizik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. ALP OSMAN KODOLBAŞ
PROF.DR. ÖZCAN ÖKTÜ
- Hidrojenlendirilmiş amorf silisyum filmlerin optik katsayılarını belirlemede kullanılan deneysel yöntemlerin karşılaştırılması
Comparison of experimental methods used for determination of optical constants of hydrogenated amorphous silicon
GÜNGÖR TAYYAR