N yapılı InAs/AlSb/GaSb kızılötesi süperörgü dedektörlerin test piksel ve odak düzlem dizin fabrikasyonu ve karakterizasyonu
Test pixel and focal plane array fabrication and characterization of N-structure InAs/AlSb/GaSb infrared superlattice detectors
Yazar: SEVAL ŞAHİN
Danışman: PROF. DR. YÜKSEL ERGÜN
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, kısa ve orta dalgaboylarında algılama yapan N tasarımlı 
InAs/AlSb/GaSb süperörgü yapıların fotodedektör aygıt üretimleri ve karakterizasyonları 
gerçekleştirilmiştir. N tasarımlı süperörgü yapılarına, AlGaSb bariyer katmanı dahil 
edilerek pBin e-SWIR ve nBn tek ve çift renkli MWIR aralığında çalışan üç ayrı dedektör 
yapı tasarımı yapılmıştır. Çalışma kapsamında, test piksel ve odak düzlem dizin (FPA)
dedektör fabrikasyon basamakları optimize edilmiş, tekrar edilebilir ve homojen aygıt 
üretim reçeteleri oluşturulmuştur. Test piksel dedektörü, pBin tasarımlı e-SWIR 
dalgaboyunda çalışan yapılardan üretilmiştir. Farklı boyutlardaki test piksellerinin 
sıcaklığa bağlı elektro-optik karakterizasyonları yapılmıştır. 125 K sıcaklığında ve ‒0,1V 
ön gerilim altında, karanlık akım yoğunluğu 3,9 × 10-6 A/cm2, %100 kesim dalgaboyu 
3,2 μm, tepe noktası kuantum verimliliği %55 civarında ölçülmüştür. Literatürle 
karşılaştırıldığında, kısa dalgaboyunda geniş algılama aralığı ve oldukça iyi dedektör 
performans değerleri, N-yapılı süperörgü tasarımlarının potansiyelini net bir şekilde 
göstermiştir. Çalışmanın devamında, orta dalgaboyunda çalışan tek ve çift renkli dedektör 
yapılarından FPA'ler üretilmiştir ve soğutulan detektörlerden MWIR bantlarında termal 
görüntüler alınmıştır. Üretilen ve kızılötesi görüntüleme yapılan her bir dedektörün 
elektro-optik performans haritaları ve histogramları ayrıntılı olarak incelenmiş ve 
fabrikasyonun dedektör performansına etkisi değerlendirilmiştir. N yapılı MWIR/MWIR 
çift renkli dedektörden ilk termal görüntü uzun dalgaboyunda başarıyla alınmıştır.

Abstract:
In this thesis, photodetector device production and characterization of 
InAs/AlSb/GaSb superlattice structures that detect at short and medium wavelengths were 
carried out. In N structure superlattice designs, AlGaSb barrier layer was also included in 
the design and three different designs were used: pBin e-SWIR and MWIR, and nBn dual
color MWIR/MWIR designs. Within the scope of the study, various steps of fabrication 
were optimized for test detector and focal plane array (FPA) productions and thus 
repeatable and homogeneous productions could be made. Test detectors were fabricated 
using pBin e-SWIR structure, and electro-optical performances with respect to 
temperature were measured. In e-SWIR, dark current density was measured as 3,9 × 10-6
A/cm2 under ‒0,1 V bias voltage at 125 K, 100% cutoff wavelength was 3,2 μm, and peak 
quantum efficiency was around 55%. Compared to the literature, the structure's very wide 
spectral detection range in the SWIR window and its very high electro-optical 
performance values show the high potential of N-structure designs in the field. Snapshot 
thermal images were taken from single and dual color MWIR FPAs developed and 
produced in this study. Cracks in the detector material that occur during cooling are 
instantly displayed. The electro-optical performance maps and histograms of the pixels 
of the produced FPAs were examined in detail. Successful infrared imaging was 
performed on the long wavelength side of the dual color MWIR/MWIR detector.