IngGaAs kızılötesi fotodedektör üretimi ve karakterizasyonu
The fabrication and characterization of InGaAs infrared photodetector
Yazar: TARIK ASAR
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN ÖZÇELİK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu tez çalışmasında, InGaAs tabanlı kızılötesi fotodedektörler üretilerek, karakterize edildi. Dedektör üretiminde kullanılan, InGaAs/InP yarıiletken yapıları moleküler demet epitaksi (MBE) yöntemi ile büyütüldü. Büyütülen InGaAs/InP yapılarının yapısal özellikleri yüksek çözünürlüklü X-ışını kırınımı (HRXRD) ve ikincil iyon kütle spektropisi (SIMS) analizleri ile belirlendi. Oda sıcaklığında, soğutucu kullanmaksızın, yüksek performansla çalışabilen, metal-yariletken-metal (MSM), tekli ve 64x64, 128x128, 320x256 formatlı p-i-n InGaAs/InP kızılötesi fotodedektörlerin tasarımları yapıldı. Bu tasarımlara uygun prototip kızılötesi fotodedektör üretimleri gerçekleştirildi. Fotodektörlerin çalışma özelliklerini belirleyen çıktı parametreleri, Hall Etkisi ve Akım-Gerilim ölçüm sistemleri ile yapılan analizler sonucunda belirlendi. MSM aygıtlarının taşıyıcı ömrü, mobilite, difüzyon uzunluğu, idealite faktörü, doyum akımı ve bariyer yüksekliği değerleri yarı-deneysel formüller ve modellemeler kullanılarak elde edildi. InGaAs/InP tekli ve dizinli kızılötesi fotodedektörlerin karanlık akım, aşağı kırılma voltajı, çalışma dalgaboyu, kızılötesi/uzak kızılötesi kontrast, dedektivite ve gürültü eşiti güç değerleri belirlendi. Bu verilere ek olarak, InGaAs/InP p-i-n dizinli kızılötesi fotodedektörlerin, 1 KHz'deki spektral gürültüleri ve dizinleri oluşturan piksellerin çalışma olasılıkları bulundu. 320x256 formatlı InGaAs/InP p-i-n kızılötesi fotodedektör dizinleri kullanılarak kızılötesi foton kamerası geliştirildi ve yüksek çözünürlükte görüntüler elde edildi.

Kızılötesi fotodedektörlerin çıktı parametreleri incelendiğinde, satışa sunulan fotodedektörlerin özelliklerine oldukça yakın olduğu görülmektedir. Bu durumun, ülkemiz teknolojisinin, milli bilginin, becerinin ve tecrübenin gelişmesi açısından önemli olduğu düşünülmektedir.

Anahtar Kelimeler	:  MBE, SIMS, InGaAs, Kızılötesi Fotodedektör

Abstract:
In this thesis, InGaAs based infrared photodetectors were fabricated and characterized. Molecular beam epitaxy (MBE) technique was used to growth InGaAs/InP structures for photodetector fabrication. The structural analyses of the structures were carried out by means of high resolution X-ray diffraction (HRXRD) and secondary ion mass spectroscopy (SIMS) analyses. The MSM, single and 64x64, 128x128, 320x256 arrays p-i-n types of prototype uncooling InGaAs/InP infrared photodetectors which work with high performance at room temperature were designed and then fabricated. The output parameters which determine the operating characteristics of the photodetectors were obtained by means of Hall Effect and Current-Voltage measurements. The values of carrier density, mobility, diffusion length, ideality factor, saturation current and barrier height were determined for the MSM devices by using semi-empirical formulas and models. The values of dark current, break-down voltage, operating wavelength, infrared/far infrared contrast, detectivity and noise equivalent power were obtained for the InGaAs/InP single and array infrared photodetectors. In addition, the values of spectral noise at 1 KHz and working possibility of the pixels were found for the InGaAs/InP p-i-n array infrared photodetectors. The infrared photon camera was developed by using the 320x256 array InGaAs/InP p-i-n infrared photodetector and high resolution images were taken by this infrared photon camera.

When the output parameters of the prototype infrared photodetectors are examined, it is seen that these parameters are quite close to the offered for sale infrared photodetector specifications. This situation is thought to be important for the development of our country's technology, national knowledge and experience.

Keywords		:  MBE, SIMS, InGaAs, Infrared Photodetector