//
Yeni arama için tıklayınız.
 

Tez

Ömer Ahmet Kayal

Gan Pın Radyasyon Sensörü Epitaksiyel Üretimi Ve Karakterizasyonu

Epıtaxıally Growth Of Gan-Pın Sensor And Characterızatıons

Türkçe

Yüksek Lisans

Gazi Üniversitesi

Fen Bilimleri Enstitüsü İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı

Prof. Dr. Sema Bilge OCAK

2019

Yarı İletkenler, Mikro Elektronik, Fotonik, Sensörler, Optoelektronik, Nano Teknoloji

 

Foto-diyotlar, elektromanyetik sinyali elektrik sinyaline dönüştüren yarı iletkenlerdir. Foto-diyotlar, ters besleme bölgesinde çalışırlar. Yarı iletkenin yasak enerji aralığına eşit veya daha fazla enerjiye sahip bir foton yarı iletken ile etkileştiğinde malzemede elektron-deşik çifti oluşturur. Elektron-deşik çifti üzerine yeteri kadar büyük bir elektrik alan uygulandığında deşikler katoda doğru, elektronlar anoda doğru hareket ederek akım oluştururlar. Oluşan akım karanlık akım ve foto-akım toplamıdır. Foto-diyotlar, kızıl ötesi bölgesinden X-ışını bölgesine kadar oldukça geniş bir aralıkta çalışabilirler. Bu tez çalışmasında Galyum Nitrat (GaN) tabanlı p-i-n epitaksiyel yapısı Metal Organik Kimyasal Buhar Biriktirme (MOCVD) sistemi kullanılarak safir alttaş üzerine büyütülmüştür. Büyütülen epitaksiyel yapının karakterizasyonu X-ışını kırınımı, Atomik Kuvvet Mikroskobu, Foto-Lüminesans ve Hall etkisi sistemleri kullanılarak yapılmıştır. Mikro fabrikasyon yöntemleri kullanılarak büyütülen epitaksiyel yapı üzerinde aygıt üretimi yapılmıştır. Üretimi yapılan aygıtların karanlık akım, foto-akım, tepkisellik ve kuantum verimliliği ölçümleri yapılarak aygıt performansı araştırılmıştır. Elektriksel ölçümlerde dalga formundaki radyasyon için mor ötesi, parçacık formundaki radyasyon için e- yüklü beta radyasyonu kullanılmıştır. Ters besleme bölgesinde iç kazancın olmadığı durumda tepkisellik değeri ~0,12 A/W olarak bulunmuştur. Bu bölgede kuantum verimliliği ~% 60 seviyesindedir. Beta radyasyonu altında tüm ters besleme gerilimlerinde iyonizasyonun fazla olması nedeni ile iç kazancın yüksek olduğu gözlenmiştir. İç kazancın yüksek olması nedeni ile aygıtın beta radyasyonu altında cevaplılığı ~0,12 A/W olarak ölçülmüştür. İyonizasyonun çok olması nedeni ile aygıtın kuantum verimliliği % 105 değerine kadar ulaşmıştır. Bu durumda, enerjisi 17 keV olan tek bir beta parçacığı aygıt içerisinde yaklaşık 1000 adet elektron-deşik çifti oluşturabilir

 

Photodiodes are semiconductor devices that convert light into electrical signal. When a photon with the energy equals to the band gap or more than the band gap of semiconductor strikes to photodiode creates an electron-hole pair. If sufficient electrical field is applied, current occurs by moving of electron and holes toward to anode and cathode, respectively. This current is sum of dark-current and photo-current. Photodiodes can be operated in a wide-ranged spectrum such as from infrared to X-rays. In this thesis, the GaN based p-i-n structure was growth epitaxially on sapphire substrate using Metal Organic Chemical Vapor Phase Epitaxy (MOVPE) technique. The GaN-p-i-n structure was investigated with various characterization tools such as X-ray diffraction system, Atomic Force Microscopy (AFM), Photoluminescence Mapper (PL) and Hall-effect measurement. The photodiode devices were produced on wafer which is grown using microfabrication techniques. The produced photodiodes are investigated in terms of photodiode performance such as dark-current, photo-current, responsivity and quantum-efficiency. During electrical measurements, Ultraviolet light was used as wave form radiation and e- charged beta particle was used as particle radiation. In the UV experiments, responsivity of the device was obtained as ~0,12 A/W in the reverse-bias region without internal gain. In this region, quantum efficiency is approximately % 60. Under the Beta-radiation conditions, high internal-gain was observed in all reverse-bias voltages due to highly ionizing-effect. Due to high internal-gain, responsivity of device was measured as ~0,12 A/W under the beta-radiation. The calculated quantum-efficiency of the devices was reached to 105 % due to highly ionizing-effect. In this case, it was observed that a single beta-particle with 17 keV energy can create approximately one thousand electron-hole pair in the device.