Silisyum tek foton çığ fotodedektör (SPAD) tasarım ve benzetimi

---

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Kocaeli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2023

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: EMRE SARI

Danışman: Ali Tangel

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Bu tez çalışmasında yakın ultraviyole (NUV) ve görünür bölgede algılama yapan 1,5mm yarıçapa sahip silindirik silisyum tek foton çığ fotodiyotu (SPAD) tasarımı ve benzetimi yapılmıştır. Tasarım aşamasında reach-through yapısı kullanılmıştır. Epitaksiyel büyütme, iyon implantasyonu, fotolitografi, fiziksel buhar biriktirme, kimyasal buhar biriktirme teknikleri kullanılarak hazırlanan tam özel (full custom) fabrikasyon akışı sayesinde yüksek tepkisellik ve düşük karanlık akım hedeflenmiştir. Bu parametreleri optimize etmek adına çığ fotodiyot için en önemli bölge olan çığ jonksiyonu üzerine odaklanılmıştır. 35µm epitaksiyel katman büyütülerek oluşturulan n+ - p - π(p-) - p+ yapısının, iyon implantasyonu tekniği kullanılarak konsantrasyonları düzenlenmiştir. İç kazanç sayesinde oluşan tepkiselliği yüksek tutmak amacıyla kuantum verimliliği üzerinde durulmuştur. Yüksek kuantum verimliliği elde etmek için oluşturulan epitaksiyel yapı SiO2 ve Si3N4 ışığa duyarlı ince filmlerle kaplanmıştır. Optik bant geçirgen filtre görevi gören ince filmler sayesinde foton absorbsiyonu geliştirilmiştir. Ayrıca karanlık akımı düşük tutmak adına koruma halkaları optimize edilerek çığ bölgesi, yüzey kaçaklarından izole edilmiştir. TCAD SENTAURUS SPROCESS kullanılarak benzetimi yapılan SPAD, SDEVICE kullanılarak elektro-optik testleri gerçekleştirilmiştir. Tez çalışması, tasarlanan SPAD'nin fabrikasyon süreçleri ve optik analiz sonuçları hakkında bilgileri içermektedir. Hazırlanan komut dosyaları ve fabrikasyon değişkenleri sayesinde özgün ve yerli üretim açısından zemin hazırlanmıştır.