GaN/AlGaN-based UV photodetectors wıth performances exceedıng the pmts
Pmt performansını geçen GaN/AlGaN-tabanlı UV fotodedektörler
- Tez No: 177156
- Danışmanlar: PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Science and Technology, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Fotodedektörler, Photodetectors
- Yıl: 2008
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Yakın zamandaki yüksek oranda Al ihtiva eden AlxGa1?xN materyal büyütme teknolojisi ışığın ultraviole dalga boylarında çalışan iyileştirilmiş sensitivite, düşük gürültülü, düşük karanlık akım yoğunluğuna sahip, yuksek hızlı AlGaN tabanlı yüksek performanslı Schottky, p-i-n, ve (metal-yarıiletken-metal) MSM, tipi fotodetektörleri üretmeyi mümkün kılmıştır ve bu tür detektörler imal edilmiştir. Atmosferdeki ozon moleküllerinin ultraviole ışığı 280 nm dalga boyundan küçük değerler için filtrelemesi sayesinde bu dalga boylarındaki güneşten gelen radyasyon dünya yüzeyine ulaşmasını engeller. Bu durum sayesinde, 280 nm civarındaki dalga boyuna sahip kırılma dalga boyundaki UV fotodedektörler ki güneş-körü dedektörler olarak da adlandırılırlar, çok zayıf UV sinyalleri bile algılayabilirler. Bu aygıtlar misil füze uyarı sistemleri, kimyasal/biyolojik ajan tanıma, yangın alarmları, uzay ve denizaltı haberleşmesi, ozon tabakasının durumunu kontrol etme, gaz algılama gibi önemli uygulama alanlarına sahiptirler. Yüksek responsiviteye sahip olması hasebiyle (600 A/W), yüksek hızlı, yüksek katod verimine sahip (milyon mertebesinde), ve düşük karanlık akımlı, foton yükseltici tüpler (FYT'ler) bu tür uygulamalar için kullanılmaktaydı. Fakat, FYT'ler pahalı ve hantal yapıdadırlar. Ayrıca bunun yanında, çalışmak için soğutucu bir sisteme ve çok yüksek voltajlara (1000V) ihtiyaç duyarlar. Ayrıca bu aygıtlar güneş-körü algılama yapabilmek için kompleks ve pahalı filtrelerle beraber kullanılırlar. Bu dezavanlatajlardan sakınmak için bunların yerine yüksek performanslı yarıiletken dedektörler kullanılmalıdır. Geniş bantlı yarı iletken olan AlxGa1?xN (x=0.4) tabanlı fotodedektörler bunun için ideal adaylardırlar. Bu aygıtlar yapısı itibariyle güneş körüdürler bu nedenle filtreye ihtiyaç duymazlar, düşük gürültüye ve hızlı fotocevaba sahiptirler. Bu dedektörlerin önündeki en büyük engel ise bu dedektörler çok yüksek içsel kazanca sahip değildirler. Şimdiye kadar bir kaç gurup GaN ve AlGaN tabanlı dedektörlerdeki çığ etkisini teorik olarak incelemişlerdir. Lakin, tekrarlanabilir yüksek kazançlı cığ etkisi ile çalışan fotodedektör üretmek hala çok zordur. Biz gurup olarak kuvantum verimi, karanlık akım, dedektivite, yüksek hız, yüksek tekrarlanabilir çığ verimi açısından yüksek performansa sahip Schottky, p-i-n, ve çığ etkili dedektörleri dizayn ettik, urettik ve karakterızasyonunu yaptık.
Özet (Çeviri)
The recent developments in high Al-content AlxGa1?xN material growth technology made it possible to fabricate high performance solar-blind photodetectors operating in the ultraviolet (UV) spectral region with improved receiver sensitivity, low noise, low dark current density, and high speed. AlGaN-based Schottky, p-i-n, and metal-semiconductor-metal photodetectors (MSM) with very high performances have already been demonstrated. The UV-filtering nature of the atmospheric ozone molecules blocks the solar radiation to reach the earth?s surface for wavelengths shorter than 280 nm. In this case, UV photodetectors with cutoff wavelengths around 280 nm, which are also called solarblind detectors, can detect very weak UV signals under intense background radiation. These devices have important applications including missile plume detection, chemical/biological agent sensing, flame alarms, covert space-to-space and submarine communications, ozone-layer monitoring, and gas detection. Due to their high responsivity (600 A/W), high speed, high cathode gain (on the order of a million), and low dark current properties, photomultiplier tubes (PMTs) are frequently used in such applications. However, PMTs are very expensive and bulky. Besides, they require a cooling system, and they have high operation voltages in excess of 1000 V. To achieve solar-blind detection, PMTs should also be integrated with complex and expensive filters. In order to avoid these disadvantages, high performance solid-state UV photodetectors with high internal gain are needed. Wide band-gap semiconductor photodetectors, such as AlxGa1?xN with x=0.4, are ideal candidates for this purpose. These devices are intrinsically solar blind, in which no additional filters are needed, they have low noise, and fast response times. The lack of high internal gain has been the major limitation for the usage of AlGaN photodetectors for applications that require high sensitivity detectors. There have been several theoretical research works that examined the avalanche effect in GaN and AlGaN-based structures. However, reproducible high gain in AlGaN-based APDs is still a major limitation. We have designed, fabricated, GaN/AlGaN based photodetectors, and according to characterization measurements, the Schottky, p-i-n, and avalanche detectors have high performance in terms of quantum efficiency, dark current, detectivity, high speed response, and high reproducible avalanche gain.
Benzer Tezler
- Investigation of bias-assisted photoenhanced electrochemical etching for fabrication of self-aligned gallium nitride based bipolar transistors
Kendinden yerleşmeli galyum nitrit tabanlı iki kutuplu transistörlerin fabrikasyonu için potansiyel yardımlı foton katkılı elektrokimyasal aşındırma
EMRE ALPTEKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2006
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÖZGÜR AKTAŞ
- GaN tabanlı heteroyapıların sıkı bağlanım kuramı
Tight binding modeling of GaN based heterostructure
EBRU ŞİMŞEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HİLMİ ÜNLÜ
- High field transport phenomena in wide bandgap semiconductors
Geniş bant aralıklı yarı iletkenlerde yüksek elektrik alanı altında iletim olayları
CEM SEVİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2003
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. CEYHUN BULUTAY
- ATM (asenkron transfer modu) ağlarda tıkanıklık denetimi
Congestion control in ATM (asynchronous transfer mode) networks
MELTEM GÖKKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2000
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. BÜLENT ÖRENCİK
- Sulu deterjan fraksinasyon prosesinin hayvansal iç yağlarına uygulanması
The Application of aqueous detergent fractination process to tallow
DÖNE ŞENTÜRK