MBE ile büyütülen Tip-II süperörgü tabanlı InAs/AlSb/GaSb dedektör yapısının yapısal karakterizasyonu
Structural characterization of Type-II superlattice-based InAs/AlSb/GaSb detector structure growth with MBE
Yazar: KÜRŞAT KIZILKAYA
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN ÖZÇELİK ; PROF. DR. YÜKSEL ERGÜN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies

Özet:
Bu tez çalışmasında, N-Yapılı InAs/AlSb/GaSb Tip-II Süperörgü (T2SL) pBin tipi dedektör yapıları incelenmiştir. Bu sistemler, elektromanyetik spektrumun kızılötesi bölgesinde emilim yapan dedektörler olarak çalışılmaktadır. Bu çalışmada dedektör yapısının tasarlanması ve yapısal karakterizasyonları amaçlanmıştır. n-tipi GaSb, alttaş olarak kullanılmıştır. InAs/AlSb/GaSb tabanlı tekrarlı süperörgü katmanları, alttaki InAsSb katmanından üstteki GaSb pencere katmanına kadar sırasıyla n-katman, i-katman, p-katman ve p-kontak katmanları olarak 120, 300, 15 ve 80 periyotlu olacak şeklinde büyütülmüştür. Tüm katmanların yapısal karakterizasyonu İkincil İyon Kütle Spektrometresi (SIMS) ve X-Işını Kırınımı (XRD) sistem analizleri kullanılarak yapılmıştır. Süperörgü katmanlarının yapısal derinlik profili, SIMS analizi aracılığıyla karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Derinlik profilinde gözlemlenen arayüzey geçişleri, tasarlanan T2SL katmanları ile uyumlu olduğu görülmüştür. XRD karakterizasyonu kullanılarak, kristal kalite parametreleri, örgü sabitleri, periyodiklik ve süperörgü tepelerinin alttaştan kaynaklanan tepe noktasından sapmaları belirlenmiştir. Böylece dislokasyon yoğunluğu ve gerilmeler sırasıyla 7.85x107cm-2 ve 6.4x10-3 nm olarak ölçülmüştür. Yapının yüzey morfolojisini incelemek için Atomik Kuvvet Mikroskopu (AFM) analiz tekniği kullanılmıştır. Ayrıca, yapının kesitini incelemek için Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) analizi kullanılmıştır. Kesitsel ölçümler, süperörgü yapısı içindeki arayüzey geçişlerinin gözlemlenmesini sağlamıştır. Bu çalışmada, yüksek kristal kalitesine sahip süperörgü elde edilmiş ve sonuçlar T2SL dedektör yapılarının başarılı olduğunu göstermiştir.

Abstract:
N-structure-based InAs/AlSb/GaSb type-II superlattice (T2SL) pBin type detector structures have been investigated in this PhD thesis. The structures fabricated as detectors absorb in the infrared region of the electromagnetic spectrum. In this study, the design of the detector structure and its structural characterizations are aimed. n-type GaSb is used as the substrate. InAs/AlSb/GaSb based repetitive SL layers are formed as n-layer, i-layer, p-layer, and p-contact layer from the bottom InAsSb layer to the top GaSb cap layer for 120, 300, 15, and 80 periods respectively. Structural characterization of all layers is performed using Secondary Ion Mass Spectrometer (SIMS) and X-Ray Diffractometer (XRD) system analyses. The structural depth profile of the superlattice layers has been compared by SIMS analysis. The interfacial transitions observed in the depth profile are consistent with the designed type II superlattice layers. The crystal quality parameters, lattice constants, periodicity and deviation of the superlattice peak from the substrate are determined from the XRD characterization results. The dislocation density and strain are measured to be 7.85x107cm-2 and 6.4x10-3 nm respectively. Atomic Force Microscope (AFM) analysis technique is used to study the surface morphology of the structure. Scanning Electron Microscope (SEM) analysis is also used to examine the cross-section of the structure. The cross-sectional measurements allowed the observation of interfacial transitions within the superlattice structure. In this thesis, a superlattice of high crystal quality is achieved and the results show that type-II superlattice detector structures are successful.