Geri Dön

Silisyum tek foton çığ fotodedektör (SPAD) tasarım ve benzetimi

Design and simulation of a silicon single photon avalanche photodiode (SPAD)

  1. Tez No: 777633
  2. Yazar: EMRE SARI
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ALİ TANGEL
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Kocaeli Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. 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

  1. 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

    Türkçe

    2011

    Fizik ve Fizik MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. KUBİLAY KUTLU

  2. 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

    Türkçe

    2022

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiErzurum Teknik Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ÇAĞLAR DUMAN

  3. 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

    Türkçe

    2015

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMuğla Sıtkı Koçman Üniversitesi

    Enerji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. NEŞE KAVASOĞLU

  4. 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

    Türkçe

    2006

    Fizik ve Fizik MühendisliğiHacettepe Üniversitesi

    Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ.DR. ALP OSMAN KODOLBAŞ

    PROF.DR. ÖZCAN ÖKTÜ

  5. 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

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2001

    Fizik ve Fizik MühendisliğiHacettepe Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı