Optimization, fabrication, and characterization of dual-band InGaAs NBN photodetectors
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: ALPER ŞAHİN
Danışman: SERDAR KOCAMAN
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
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.