Geri Dön

InSb and InAsSb infrared photodiodes on alternative substrates and InP/InGaAs quantum well infrared photodetectors: Pixel and focal plane array performance

Alternatif tabanlar üzerinde InSb ve InAsSb kızılötesi fotodiyotlar ve InP/InGaAs kuantum kuyulu kızılötesi fotodedektörler: Piksel ve odak düzlem matrisi performansı

  1. Tez No: 167439
  2. Yazar: SELÇUK ÖZER
  3. Danışmanlar: PROF.DR. CENGİZ BEŞİKCİ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Cooled infrared detectors, InAsSb, QWIP, focal plane array
  7. Yıl: 2005
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

oz ALTERNATİF TABANLAR ÜZERİNDE InSb VE InAsSb KIZILÖTESİ FOTODİYOTLAR VE InP/InGaAs KUANTUM KUYULU KIZILÖTESİ FOTODEDEKTÖRLER: PİKSEL VE ODAK DÜZLEM MATRİSİ PERFORMANSI ÖZER, Selçuk. Doktora, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Cengiz BEŞÎKCİ Mayıs 2005, 213 sayfa InAsxSbı.x (İndiyum Arsenik Antimon) düşük maliyetli, geniş formatlı odak düzlem matrisleri (ODM) için GaAs veya Si tabanlar üzerinde yüksek kalitede büyütülmesi mühim olan önemli bir düşük bant aralıklı yarı-iletkendir. Olgun yarıiletkenler üzerine kurulu kuvantum kuyulu kızılötesi fotodedektör (KKKF) teknolojisi de bu konuda ümit vericidir. AlGaAs/GaAs malzemesi KKKF' ler için standart bir malzemedir fakat daha iyi performans gösterecek alternatif malzemelerin araştırılması gerekmektedir. Bu tez, alternatif tabanlar üzerine moleküler ışın epitaksisi ile büyütülmüş orta dalgaboylu kızılötesi InAsxSbı.x fotodiyotlar ile uzun dalga boylu InP/InGaAs KKKF 'ler üzerindeki detaylı çalışmaları içermektedir. VIÇalışmanın ilk kısmında, Si ve GaAs tabanlar üzerine büyütülmüş InSb ve InAso.8Sbo.2 fotodiyotlar, büyük miktardaki örgü uyumsuzuluğundan kaynaklanan performans sınırlayıcı mekanizmaların tesbiti amacıyla incelenmiştir. InAso.8Sbo.2/GaAs fotodiyotlann 77 K ve 240 K sıcaklıklarda sahip olduğu dedektivite değerleri sırasıyla 1.4x1 010 ve 7.5x1 08 cmHz/2AV olarak ölçülmüştür ve bu sonuç alaşımın soğutmalı ve yaklaşık oda sıcaklığında çalışan dedektörler için ümit verici olduğunu göstermektedir. Orta derecelerdeki ters eğilimleme durumunda, 80 K sıcaklıkta RoA çarpımını etkileyen mekanizmanın tuzak yardımlı tünelleme mekanizması olduğu tesbit edilmiştir ve bu mekanizma aynı zamanda l/f gürültüsünü de önemli bir miktarda arttırmaktadır. InSb/Si fotodiyotlar, büyük miktarlardaki örgü uyumsuzluğuna rağmen 77 K sıcaklıkta ~lxl O10 cmHz1/2/W gibi yüksek bir tepe dedektivite değeri ve kabul edilebilir kuvantum verimliliği vermektedir. Dedektörlerin 80 K sıcaklıktaki RoA çarpımı, düşük aktivasyon enerjili (25 meV) ohmik kaçak mekanizması tarafından sınırlanmaktadır, l/f gürültüsünün gözlenen eğilim ve sıcaklık bağımlılığı, Kleinpenning'in taşınırlık dalgalanma modelini doğrulamaktadır. Çalışmanın ikinci kısmında InP/Ino.53Gao.47As KKKF'ler ve bildiğimiz kadarıyla şimdiye kadar rapor edilen en büyük InP/InGaAs KKKF ODM formatı olan 640x512 formatmda ODM'ler incelenmektedir. InP/InGaAs KKKF'ler -3 V eğilimleme altında 0.46 kadar yüksek kuvantum verimliliği-kazanç çarpımı vermektedir. Bu dedektörler, 70 K sıcaklıkta ve f/2 açıklık ile ~3 V eğilimlemeye kadar arkaplan sınırlı performans göstermektedir ve bu eğilimlemedeki tepe tepkisellik (2.9 A/W), benzer izgesel cevaba sahip Alo.27sGao.725As/GaAs KKKF'lerinkinden 10 kat daha fazladır. Sonuçlar InP/InGaAs KKKF'lerdeki çarpışma iyonizasyonunun, ortalama elektrik alan 25 kV/cm değere ulaşıncaya kadar başlamadığını ve dedektivitenin orta dereceli eğilimlemede yüksek kaldığını göstermektedir. vıı

Özet (Çeviri)

ABSTRACT InSb AND InAsSb INFRARED PHOTODIODES ON ALTERNATIVE SUBSTRATES AND InP/InGaAs QUANTUM WELL INFRARED PHOTODETECTORS: PIXEL AND FOCAL PLANE ARRAY PERFORMANCE ÖZER, Selçuk Ph.D., Department of Electrical and Electronics Engineering Supervisor: Prof. Dr. Cengiz BEŞİKÇİ May 2005, 213 pages InAsxSbi.x (Indium Arsenide Antimonide) is an important low bandgap semiconductor whose high quality growth on GaAs or Si substrates is indispensible for low cost, large format infrared focal plane arrays (FPAs). Quantum well infrared photodetector (QWIP) technology, relying on mature semiconductors, is also promising for the above purpose. While AlGaAs/GaAs has been the standard material system for QWIPs, the search for alternative materials is needed for better performance. This thesis reports a detailed investigation of molecular beam epitaxy grown mid-wavelength infrared InAsxSbi.x photodiodes on alternative substrates, and long wavelength infrared InP/InGaAs QWIPs. IVIn the first part of the study, InSb and InAso.8Sbo.2 photodiodes grown on Si and GaAs substrates are investigated to reveal the performance degrading mechanisms due to large lattice mismatch. InAso.8Sbo.2/GaAs photodiodes yield peak detectivities of 1.4xl010 and 7.5x1 08 cmHz'/7W at 77 K and 240 K, respectively, showing that the alloy is promising for both cooled and near room temperature detectors. Under moderate reverse bias, 80 K R<,A product limiting mechanism is trap assisted tunneling, which introduces considerable \/f noise. InSb/Si photodiodes display peak 77 K detectivity as high as ~lxl010 cmHz 1/2/W and reasonably high peak quantum efficiency in spite of large lattice mismatch. RqA product of detectors at 80 K is limited by Ohmic leakage with small activation energy (25 meV). Bias and temperature dependence of 1/fnoise is in reasonable agreement with Kleinpenning's mobility fluctuation model, confirming the validity of this approach. The second part of the study concentrates on InP/Ino.53Gao.47As QWIPs, and 640x512 FPA, which to our knowledge, is the largest format InP/InGaAs QWIP FPA reported. InP/InGaAs QWIPs yield quantum efficiency-gain product as high as 0.46 under moderate bias. At 70 K, detector performance is background limited with f/2 aperture up to ~3 V bias where peak responsivity (2.9 A/W) is thirty times higher than that of the Alo.275Gao.725As/GaAs QWIP with similar spectral response. Impact ionization in InP/InGaAs QWTPs does not start until the average electric-field reaches 25 kV/cm, maintaining high detectivity under moderate bias. The 640x512 InP/InGaAs QWEP FPA yields noise equivalent temperature difference of ~40 mK at an FPA temperature as high as 77 K and reasonably low NETD even with short integration times (x). 70 K NETD values of the FPA with f/1.5 optics are 36 and 64 mK under -0.5 V (x=l 1 ms) and -2 V (x=650 us) bias, respectively. The results clearly show the potential of InP/InGaAs QWIPs for thermal imaging applications requiring short integration times.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    167441

    The electronic band structure of III (In, Al, Ga)-V (N,As, Sb) compounds and ternary alloys

    III (In, Al, Ga)-V (N, As, Sb) bileşik ve üçlü alaşımlarının elektronik band yapıları

    REZEK MOHAMMAD

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2005

    Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Fizik Bölümü

    PROF.DR. ŞENAY KATIRCIOĞLU

  2. Tez No

    82777

    Indium antimonide p-in photodedectors grown on galium arsenide cooted silicon substroties by molecular beam epitaxy

    Moleküler ışın epitoksisi ile galyum arsenik kaplı silikon taban üzerine büyütülmüş indiyum antimen kızılötesi p-in fotodedektörler

    AHMET TEVKE

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1999

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. CENGİZ BEŞİKÇİ

  3. Tez No

    143126

    Performance assesment of indium antimonide photodetectors on silicon substrates

    Silisyum taban üzerinde indiyum antimon fotodedektörlerinin performans değerlendirmesi

    ÜMİD TÜMKAYA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2003

    Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    DOÇ.DR. CENGİZ BEŞİKÇİ

    PROF.DR. İBRAHİM GÜNAL

  4. Tez No

    112595

    Microfabrication of micro hall sensors on GaAs and InSb for scanning hall probe microscopy

    Taramalı hall mikroskobunda kullanılmak üzere GaAS ve InSb materyalleri üzerine mikro hall aygıtı üretimi

    MEHMET MURAT KAVAL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2001

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AHMET ORAL

  5. Tez No

    184695

    High speed and high efficiency infrared photodetectors

    Yüksek hızlı ve yüksek verimli kızılötesi fotodedektörler

    İBRAHİM KİMUKİN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2004

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. EKMEL ÖZBAY

Geri Dön