Semiconductor infrared detectors and applications
Yarı iletken kızılötesi dedektörler ve uygulamaları
- Tez No: 944679
- Danışmanlar: PROF. DR. MURAT ODUNCUOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Entegre fotonik (PICs), silikon fotonik, kızılötesi, kuantum kuyu fotodedektörleri, SiGe-GeSn-SiGeSn alaşımları, Photonic integrated circuits (PICs), integrated photonics, infrared (IR), quantum well, photodedectors, SiGe-GeSn-SiGeSn alloys
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Fizik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 116
Özet
Entegre fotonik, ışığın üretilmesi ve manipüle edilmesi yöntemimizi köklü bir şekilde değiştirmiştir. Mikro ve nano ölçekli yapılar kullanılarak tüm optik sistemler çip ölçekli cihazlara entegre edilmiştir. Mevcut yarı iletken fabrikası altyapısının ve üretim tekniklerinin kullanımı, entegre fotonik teknolojilerinin gelişimini önemli ölçüde hızlandırmıştır. Kızılötesi (IR) teknolojileri ve optik bağlantılar, iletişim sistemlerindeki temel uygulamaların odak noktası haline gelmiştir. Ayrıca, fotonik entegre devreler (PIC'ler) sensörlerden kuantum teknolojilerine, biyomedikal uygulamalardan görüntülemeye kadar birçok alanda hızla kullanılmaktadır. 2024 yılında silikon fotoniğin dönüştürücü bir teknoloji olarak ortaya çıkması özellikle dikkat çekicidir. Silikon tabanlı çerçeveler içinde fotonik ve elektronik işlevleri birleştiren silikon fotonik, yerleşik üretim süreçlerinden yararlanarak uygun maliyetli, yüksek performanslı ve ölçeklenebilir çözümler sunmaktadır. Bu ilerleme, ultra hızlı veri iletimi, enerji tasarruflu hesaplama ve gelişmiş algılama teknolojilerini teşvik ederek modern iletişim ağları, veri merkezleri ve gelişmekte olan kuantum sistemleri için vazgeçilmez hale getirmiştir. Son çalışmalar, özellikle çevresel algılama, gaz algılama ve tıbbi teşhis gibi uygulamalar için uygun benzersiz bant aralığı özelliklerine sahip SiGe, GeSn ve SiGeSn gibi malzemeler üzerinde geniş bir dalga boyu spektrumunda kızılötesi teknolojilerine odaklanmıştır. Standart silikon süreçleriyle uyumlu olan bu malzemeler, mevcut yarı iletken platformlarına entegrasyon için önemli bir potansiyel sunmaktadır. SiGe, GeSn ve SiGeSn gibi malzemelerin standart silikon işlemleriyle entegre edilebilmesi, yaygın olarak benimsenme potansiyellerini daha da artırmaktadır. Spektroskopi ve kimyasal algılama için gerekli olan IR spektrumu, malzeme mühendisliği ve cihaz optimizasyonundaki ilerlemeler sayesinde gelişmiş cihaz performansı görmüş ve bu da gelişmiş hassasiyet, çözünürlük ve verimliliğe yol açmıştır. Bu tez, kuantum kuyu yapılarındaki SiGe, GeSn ve SiGeSn alaşım bileşimlerinin fotonik devre verimliliği üzerindeki etkisini araştırmaktadır. Özellikle, bu malzemelerin kızılötesi dalga boyu aralığında dedektör hassasiyetini ve optik verimliliği nasıl geliştirdiğini incelemektedir. Araştırma, bu malzemeleri optimize ederek, silikon fotoniklerin geliştirilmesindeki rolleri hakkında kritik bilgiler sağlıyor. Bulgular, iletişim, algılama ve kuantum teknolojileri gibi alanlarda önemli gelişmeler sağlama potansiyellerini vurgulamakta ve alaşım bazlı kuantum kuyularını entegre fotoniğin geleceği için bir köşe taşı olarak sağlamlaştırmaktadır.
Özet (Çeviri)
Integrated photonics has radically changed the way we generate and manipulate light. Using micro- and nano-scale structures, entire optical systems have been integrated entire optical systems into chip-scale (nail-sized) devices. Using existing semiconductor fabrication and manufacturing techniques has significantly accelerated development of integrated photonics technologies, applications and optical communication systems. Infrared (IR) technologies and optical links have become the focus of essential applications in communication systems. In addition, photonic integrated circuits (PICs) are rapidly being used in many fields, from sensors to quantum technologies, biomedical applications, and imaging. In 2024, the emergence of silicon photonics as a transformative technology is particularly notable. By combining photonic and electronic functionalities within silicon-based frameworks, silicon photonics takes advantage of established manufacturing processes, enabling cost-effective, high-performance, and scalable solutions. This advancement has driven ultra-fast data transmission, energy-efficient computation, and advanced sensing technologies, making it indispensable for modern communication networks, data centers, and emerging quantum systems. Recent studies have focused on infrared (IR) technologies over a wide spectrum of wavelengths, particularly on materials such as SiGe, GeSn, and SiGeSn, which possess unique bandgap properties suited for applications like environmental sensing, gas detection, and medical diagnostics. These materials, compatible with standard silicon processes, offer significant potential for integration into existing semiconductor platforms. The ability of materials such as GeSn, SiGe and SiGeSn to be integrated with standard silicon processes further increases their potential for widespread adoption. The IR spectrum, essential for spectroscopy and chemical sensing, has seen improved device performance through advancements in materials engineering and device optimization, leading to enhanced sensitivity, resolution, and efficiency. SiGe, GeSn, SiGeSn has emerged as a promising material with optoelectronic properties in the infrared, with the potential of replacing expensive III-V technology for on-chip Si photonics. In the last decade, the problems of germanium-based materials have been solved successfully. The potential optoelectronic applications (light detection, ranging devices and lasers) of Ge-based materials are mostly studied. However, there are some mechanisms to deeply understand and control of material properties to improve performance of Ge-based devices for commercialisation. The electronic properties, doping concentration, carrier lifetime and mobility of these materials are determined the performance of optoelectronic devices. In this thesis we investigated these parameters and effects on dedector parameters.
Benzer Tezler
- Growth, characterization and device applications of cadmium zinc telluride thin films
Kadmiyum çinko tellür ince filmlerin büyütülmesi, karakterizasyonu ve aygıt uygulamaları
ÇİĞDEM DOĞRU BALBAŞI
Doktora
İngilizce
2022
Bilim ve TeknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET PARLAK
- Ultra-low-cost broad-band near-infrared silicon photodetectors based on hot electrons
Sıcak elektron temelli düşük maliyetli geniş bant yakın kızılötesi silisyum fotodedektörler
MOHAMMAD AMİN NAZİRZADEH
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALİ KEMAL OKYAY
- Çeşitli lazer parametrelerinin silikon malzeme delme sürecine etkisi
Effect of various laser parameters to the process of drilling silicon materials
AYŞEGÜL SAYDAM
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALİ FUAT ERGENÇ
- Nano ölçekli vanadyum oksit ince filmlerin tavlama süreçlerinin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of annealing processes of nanoscale vanadium oxide thin films
ERCAN ŞENER
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Metalurji MühendisliğiAnadolu ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAMİS MUSTAFA ÖKSÜZOĞLU
- Development of ultrasmall near infrared emitting colloidal pbs and pbs/cds quantum dots with enhanced stability in liquid petroleum products
Sıvı petrol ürünleri içerisinde dayanımlı, aşırı-küçük yakın kızılötesi ışıyan kolloidal pbs ve pbs/cds kuantum noktaların geliştirilmesi
EMEK GÖKSU DURMUŞOĞLU
Doktora
İngilizce
2017
Fizik ve Fizik MühendisliğiKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAVVA YAĞCI ACAR