Geri Dön

Optimization of III-V materials based short wavelength infrared photodetectors

III-V malzeme tabanlı kısa dalgaboyu kızılotesi fotodedektörlerin optimizasyonu

PDF İndir

  1. Tez No: 810855
  2. Yazar: KÜBRA ÇIRÇIR
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. SERDAR KOCAMAN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Elektronik Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 164

Özet

Bu tez, karanlık akım ve elektriksel karışma ile ilgili zorlukları ele alarak mesa tipi kafes uyumlu InGaAs Kısa Dalga Boyu Kızılötesi (SWIR) fotodetektör teknolojisinin performansının geliştirilmesine odaklanmaktadır. Mesa tipi InGaAs fotodetektörler, özellikle düşük foton akı koşullarında halen performansının iyileştirmesine yönelik devam eden bir ihtiyaca sahip olsa da, yüksek tekrarlanabilirlik, tekdüzelik ve çift bantlı fotodetektör konfigürasyonu ile uyumluluk gibi dikkate değer özellikler sunar. Cihaz içi InP pasivasyon katmanının standart mesa tipine dahil edilmesi, yapısal ve elektriksel parametreler keşfedilerek sayısal olarak incelenmiştir. Toplam karanlık akım, pasivasyon tabakasının aşındırıldığı ve aşındırılmadığı senaryoların karşılaştırıldığı durumda, yüzeyle ilgili karanlık akımın bastırılması etkisi ile yaklaşık 17 kat azaltıldı. Bu mesa tabanlı tükenmiş pasivasyon yapısı, 25 µm piksel adımına sahip geniş formatlı (640x512) Odak Düzlemi Dizininin (ODD) üretilmesi için kullanıldı. Yüzey pasivasyon etkisi standart mesa tipi ile karşılaştırılarak deneysel olarak doğrulanmıştır ve bu etki ODD pikselleri için oda sıcaklığında 4.1 µA/ cm2 kadar düşük karanlık akım sağlar. Bu sonuç, düzlemsel tip karanlık akım seviyesinden hala daha yüksek olmasına rağmen, mesa tipi fotodetektörlerin performansının daha da geliştirilmesi için önemli bir potansiyele işaret etmektedir. Ayrıca, pikseller arasında yüksek elektrik alan oluşumundan dolayı mesa tabanlı tükenmiş pasivasyon yapısının elektriksel karışmasının kötüleşmesi, modifiye edilmiş tükenmiş pasivasyon yapısı ismi verilen yeni bir epikatman tasarımı benimsenerek giderilir. En yakın piksel (NP) için karışma, karanlık akım bastırma kapasitesi korunurken pikseller arasındaki elektrik alanın modifiye edilmesi ile nümerik olarak % 15.6'dan % 0.2'ye düşürüldü. Test detektörlerinin üretiminden sonra, mesa tabanlı modifiye edilmiş tükenmiş pasivasyon yapısının karanlık akım ve elektriksel karışma bastırmadaki kabiliyeti, bariyer gerilimleme voltajında (Vb) 30 µm piksel adımına sahip bir piksel için oda sıcaklığında 14 kat daha düşük karanlık akımın ve % 18'den % 6'ya düşen karışmanın elde edilmesi ile doğrulandı. Tepkisellik ölçümü, herhangi bir yansıma önleyici kaplama kullanmadan ve dedektörün arka tarafından InGaAs aşındırma durdurma katmanı kaldırmadan % 61 kuantum verimliliği verir.

Özet (Çeviri)

This thesis focuses on the performance enhancement of mesa type lattice-matched InGaAs short-wave infrared (SWIR) photodetector technology by addressing the challenges associated with dark current and electrical crosstalk. Mesa type InGaAs photodetectors offer remarkable features such as high reproducibility, uniformity and compatibility with dual-color photodetector configuration, although there is still an ongoing need for performance improvement, especially in low photon flux conditions. The inclusion of the in-device InP passivation layer to standard mesa type was examined numerically by exploring constructional and electrical parameters. Total dark current was reduced approximately 17 times thanks to the effectiveness of surface-related dark current suppression in comparing the scenarios where the passivation layer was etched and not etched. This mesa-based depleted passivation structure was employed to fabricate a large format (640x512) focal plane array (FPA) with 25 µm pixel pitch. The surface passivation impact was also proven experimentally in comparison with standard mesa type and this effect provides dark current as low as 4.1 µA/ cm2 for FPA pixels at room temperature. This result indicates significant potential for further improving the performance of mesa type photodetectors even though it is still higher than the planar type dark current level. In addition, electrical crosstalk degradation of the mesa-based depleted passivation structure due to high electric field formation between pixels is removed by adopting a new epilayer design, named modified depleted passivation structure. Inter-pixel crosstalk for the nearest pixel (NP) was numerically improved from 15.6 % to 0.2 % by manipulating the electric field between the pixels while preserving the dark current suppression capability. After the fabrication of test detectors, the dark current and electrical crosstalk suppression capability of mesa-based modified depleted passivation structure was confirmed by obtaining 14 times lower dark current at room temperature and reduction of crosstalk from 18 % to 6 % for a pixel with 30 µm pixel pitch at barrier biasing voltage (Vb). The measurement of responsivity yields a quantum efficiency of 61 % without using any anti-reflection coating and removing the InGaAs etch stop layer from the backside of the detector.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    725516

    Investigation of the growth kinetics and morphology transitions during porous anodization of titanium in ethylene glycol based electrolytes

    Etilen glikol bazlı elektrolitlerde titanyumun gözenekli anodizasyonu sırasında oluşan oksidin büyüme kinetiği ve morfolojik geçişlerinin incelenmesi

    EREN SEÇKİN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA KAMİL ÜRGEN

  2. Tez No

    861061

    Solution-processed thin film deposition and characterization of multinarychalcogenides: Towards highly efficient Cu2BaSn(S,Se)4 solar devices

    Solüsyon yöntemiyle sentezlenmiş çok elementli kalkojenitlerin ince film kaplama ve karakterizasyonu: Yüksek verimli Cu2BaSn(S,Se)4 bazlı güneş soğuran cihazlara doğru

    BETÜL TEYMUR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    EnerjiDuke University

    Malzeme Bilimi ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. DAVİD B.MİTZİ

  3. Tez No

    611200

    Tek ve çok eklemli GAAS/Sİ güneş hücrelerinin iki boyutlu modellenmesi ve optimizasyonu

    2-dimensional modeling and optimization of single junction and multijunction GAAS/Sİ solar cells

    TAHİR KARADAĞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMaltepe Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. NEVİN TAŞALTIN

  4. Tez No

    899794

    Güneş hücresi ve lazer uygulamaları için büyütülen SB tabanlı III-V grubu yarıiletken yapıların incelenmesi

    Investigation of grown SB-based III-V group semiconductor structures for solar cell and laser applications

    SABAHATTİN ERİNÇ ERENOĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    EnerjiEskişehir Teknik Üniversitesi

    İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ BURCU ARPAPAY

  5. Tez No

    400945

    Understanding and optimization of InN and high indium containing InGaN alloys by metal organic chemical vapor deposition

    Başlık çevirisi yok

    ÖCAL TUNA

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiRheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MICHAEL HEUKEN

    PROF. DR. RAINER WASER

Geri Dön