InP/InAs quantum well infrared photodetectors
InP/InAs kuantum kuyulu kızılötesi fotodedektörler
- Tez No: 833034
- Danışmanlar: PROF. DR. CENGİZ BEŞİKCİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Kuantum kuyulu kızılötesi fotodedektörler (KKKF), diğer kızılötesi dedektör teknolojilerine kıyasla dedektör homojenlik düzeyi, kararlılığı ve maliyeti açısından avantajlıdır. Öte yandan, dedektör yüzeyine dik gelen radyasyonu algılayamadıkları için düşük kuantum verimliliğinden muzdariptirler. Kuantum verimliliğini artırmak için gelen radyasyonun yönünü değiştiren optik ızgaralar ve özel mesa yapıları kullanılmaktadır. Bu çözümler, dedektör üretim sürecini karmaşıklaştırmakta ve bitişik pikseller arasındaki etkileşimi arttırmaktadır. Ayrıca, daha yüksek çözünürlük ve daha düşük maliyet için piksel boyutu küçültüldüğünde, etkinliklerini de kaybederler. Kuantum verimliliğini artırmak için yeni malzeme sistemleri geliştirmeye yönelik son çalışmalar, kırınım ızgaraları ve özel mesa yapıları kullanmamalarına rağmen, umut verici sonuçlar vermiştir. Bu tez, InP taban üzerine büyütülen InP/InAs malzeme sistemine dayanan, yüksek çevirim verimliliğine sahip, kırınım ızgarasız orta dalga boyuna duyarlı KKKF'leri raporlamaktadır. Molecular Beam Epitaxy sistemi kullanılarak büyütülen dedektörlerin epi katmanı, InP bariyerlerden ve Si katkılı InAs kuantum kuyularından oluşmaktadır. 15 μm dedektör adımına sahip 640x512 formatında odak düzlemi dizini (ODD) ve ayrık piksel dizinleri üretilmiş ve karakterize edilmiştir. Dedektörün üst kesim ve tepe duyarlılık dalga boyları yaklaşık 6.2 ve 5.5 μm'dir. Duyarlılık -4.0 V gerilim voltajı altında 2.7 A/W olacak kadar yüksek olup %61'lik tepe çevirim verimliliğine karşılık gelmektedir. ODD'nin gürültü eşdeğer sıcaklık farkı (GESF), f/1.67 optik ve 10 ms entegrasyon zamanıyla, 28 mK olarak ölçülmüş olup, piksel dizinlerinden hesaplanan GESF değeri ile uyumludur. Elde edilen sonuçlar, doğru bir şekilde seçilen alternatif malzeme sistemlerine dayanan KKKF'lerin HgCdTe ve Tip-II süperörgü dedektölere karşı hala vazgeçilmez alternatifler olduğunu göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Quantum well infrared photodetectors (QWIPs) are advantageous regarding detector uniformity, stability, and cost compared to other infrared detector technologies. On the other hand, they suffer from low quantum efficiency (QE) because they cannot detect normal-incidence radiation. Diffraction-gratings and special mesa structures are used to increase QE by manipulating the incoming radiation. These solutions complicate the detector production process and increase the crosstalk between pixels. Also, they lose their effectiveness when the pixel size is reduced to have a higher resolution and lower cost. Recent studies on new material systems to increase QE give promising results even without diffraction-gratings and special mesa structures. This thesis presents grating-free mid-wavelength QWIPs with high conversion efficiency (CE) based on the InP/InAs material system on InP substrate. Molecular beam epitaxy grown epilayer of the detectors consisted of InP barriers and Si-doped InAs quantum wells. A diffraction-grating-free focal plane array (FPA) with 15 μm pitch and 640x512 format and individual pixel arrays were fabricated and characterized. The cut-off and peak responsivity wavelengths of the pixels were 6.2 and 5.5 μm, respectively. Responsivity measurements exhibited a peak responsivity as high as 2.7 A/W under -4.0 V bias voltage, corresponding to a peak CE of 61%. The mean noise equivalent temperature difference (NETD) of the FPA was approximately 28 mK with f/1.67 optics at 10 ms integration time, which is consistent with the calculated NETD based on the measurements on pixel arrays. These results show that QWIPs based on properly chosen alternative material systems are indispensable alternatives to HgCdTe and Type-II superlattice detectors.
Benzer Tezler
- Physics and technology of the infrared detection systems based on heterojunctions
Çoklu eklem tabanlı kızılötesi algılama sistemlerinin fiziği ve teknolojisi
BÜLENT ASLAN
Doktora
İngilizce
2004
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAŞİT TURAN
- Characterızatıon of MWIR quantum well infrared photodetector imagıng sensor arrays on InP substrates
InP taban üzerinde MWIR kuantum kuyulu kızılötesi fotodedektör görüntüleme sensörlerinin karakterizasyonu
ONUR TANIŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ BEŞİKCİ
- 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
SELÇUK ÖZER
Doktora
İngilizce
2005
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
PROF.DR. CENGİZ BEŞİKCİ
- Fabrication and characterization of InP based quantum well infrared photodetectors
InP temelli kuantum kuyulu kızılötesi fotodedektörlerin üretimi ve karakterizasyonu
GAMZE TORUNOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. CENGİZ BEŞİKÇİ
PROF. DR. MEHMET PARLAK
- Dual and single color mid-wavelength infrared quantum well photodetectors
Çift ve tek renkli orta dalgaboyu kızılötesi kuantum kuyulu fotodedektörler
MELİH KALDIRIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ BEŞİKÇİ