A CMOS compatible uncooled infrared detector focal plane array for night vision applications using MEMS technology
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2002
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: DENİZ SABUNCUOĞLU TEZCAN
Danışman: TAYFUN AKIN
Özet:. a oz.. GECE GORUŞ UYGULAMALARI İÇİN MEMS TEKNOLOJİSİ KULLANARAK ÜRETİLEN CMOS UYUMLU SOĞUTMASIZ KIZILÖTESİ DEDEKTÖR ODAK DÜZLEM MATRİSİ Sabuncuoğlu Tezcan, Deniz Doktora, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Doç. Dr. Tayfun Akın Eylül 2002, 151 sayfa Bu tezde, gece görüş uygulamaları için, endüstriyel CMOS üretim süreci kullanılarak gerçeklenen çok ucuz bir soğutmasız kızılötesi dedektör ve 16x16 prototip odak düzlem matrisinin geliştirilmesi anlatılmaktadır. Üretilen dedektör, kızılötesine duyarlı madde olarak CMOS n-kuyu tabakasını kullanır. Dedektörün üzerine düşen kızılötesi ışınım n-kuyu tabakasını ısıtarak direncini artırır. CMOS n-kuyu tabakasının 0.5-0.7 %/K civarında olan ısıl direnç katsayısı günümüzün gelişmiş özel mikrobolometre maddelerininkine oranla daha düşüktür, ancak CMOS n-kuyu tabakasının düzgün kristal yapısı nedeniyle ihmal edilebilir seviyede l/f gürültüsü vardır. N-kuyu tabakasının altı, CMOS üretim sürecinde üretilip gelmiş olan ciplerin TMAH içinde ön yüzeylerinden n-kuyu tabakasının aşınmasını önlemekiçin elektrokimyasal asindirma-durdurma tekniği kullanılarak aşındırılır. Bu yöntem herhangi bir litografi veya egzotik madde serimi gerektirmediğinden, dedektörün maliyeti çok düşük neredeyse CMOS çip maliyetine eşit olmaktadır. Farklı boyutlarda ve kollarda farklı bağlantı maddeleri kullanarak, çeşitli tek piksel n-kuyu mikrobolometreler standart 0.8um CMOS n-kuyu üretim sürecinde üretildi. Dedektör yapılan CoventorWare ve ANSYS gibi çeşitli FEM simulasyon programları kullanılarak optimize edildi. CMOS sonrası üretim süreci, n-kuyu mikrobolometrelerin gerçeklenebilmesi için optimize edildi. Üretilen dedektörlerin çalıştığım göstermek ve performanslarım ölçmek için ısıl iletkenlik, gürültü, cevaplılık ve izgel emicilik ölçümlerini de içeren pek çok karakterizasyon yapıldı. Odak düzlem matrisi için bu yaklaşımda en uygun piksel, kollarında polisilisyum bağlantı maddesi bulunan 80umx 80um piksel alana, 13 % etkin alan oranına, 10 kQ elektriksel dirence, 0.33 %/K ısıl direnç katsayısına, 0.62x1 0"6 W/K ısıl iletkenliğe, 14.3 msec ısıl zaman sabitine ve 75 % ısıl emiciliğe sahip piksel yapısıdır. Bu piksel yapısı, 2.5 V'da, 104V/W cevaplılık ve 2.2x1 09 cmHz1/2/W dedektivite sağlayabilir. Ayrıca bu piksel yapısı kullanılarak ve basit, tamamen seri bir okuma devresi ile gerçeklenen 16 x 16 prototip n-kuyu mikrobolometre dizini saniyede 30 görüntü hızında 230 mK gürültüye eşit sıcaklık farkı (NETD) sağlayabilir. CMOS n-kuyu mikrobolometre performansının, daha ileri CMOS teknolojileri ve farklı CMOS sonrası üretim süreçleri kullanılarak elde edilebilecek, daha iyi piksel yapılan ve gelişmiş okuma devreleri ile artırılabileceği düşünüldüğünde, CMOS n-kuyu mikrobolometre yaklaşımı, makul performansa sahip çok düşük maliyetli soğutmasız kızılötesi dedektör dizinleri üretmek için uygun bir yöntemdir. Anahtar Kelimeler: Soğutmasız kızılötesi dedektörler, mikrobolometreler, düşük maliyetli gece görüş dedektörleri, CMOS kızılötesi dedektörler. vı T.CY©ESH£6ftR£TIM KUEDL0