YENİ YARI-İLETKEN TEKNOLOJİLERİ - AFCEAafcea.org.tr/afceatr/makaleler/Yeni_Yiletken_Teknolojileri1298.pdf · Yarı-İletken Aygıt Modellemesi! Yarı-İletken Karakterizasyonu!

ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL.

YENİ YARIYENİ YARI--İLETKEN İLETKEN TEKNOLOJİLERİTEKNOLOJİLERİDoç. Dr. Cengiz Beşikci


Enformasyon Teknolojisi

Mikroelektronik

Telekomünikasyon

Bilgisayar


Yeni Kavramlar Yeni Malzemeler KüçültmeKarõşõk Teknolojiler

Daha HõzlõDaha Geniş Spektrum

Daha Yüksek Güç/Yüksek SõcaklõkDaha Uzun Ömür

Daha Ucuz

Mikroelektronik Teknolojisi


III-V Grubu Bileşik Yarõ-iletkenler

IIIIII--VV Grubu BileGrubu Bileşşik ik YarYarõõ--iletkenleriletkenler

GaAs

InP

InAs

AlAs

InSb

GaN

GaP

AlN

GaxIn1-xP

InXGa1-xAs

InAsxSb1-x

AlInxAs1-x

AlxGa1-xAs

AlxGa1-xN

Sb

Al

Ga

In

P

As

Kolon IIIKolonKolon IIIIII

Kolon VKolonKolon VV

N


SaySayõõsalsalTümleTümleşşikikDevrelerDevreler

Elektronik CihazlarElektronik Cihazlar

LazerLazer

Optoelektronik CihazlarOptoelektronik Cihazlar

FotodedektörFotodedektör

GüneGüneşş PiliPili

FototransistörFototransistör

IIIIII--V V YarYarõõ--iletkeniletkenTeknolojisiTeknolojisi

Optoelektronik TümleOptoelektronik Tümleşşik ik DevrelerDevreler

MESFETMESFET

MODFETMODFET

HBTHBT

MonolitikMonolitikMikrodalgaMikrodalgaTümleTümleşşikikDevrelerDevreler


Yüksek Hõzlõ Transistörler(MODFET, HBT)

AlGaAs/GaAs AlInAs/InGaAs/InP

InP/InGaAsGaInP/GaAs

Yüksek Güç/Yüksek Sõcaklõk Elektroniği

GaN

AlN

AlGaN/GaN

Elektronik Uygulamalarõ


IIIIII--NitratlarNitratlarAlNAlN,,GaNGaN,,InNInN,,AlGaNAlGaN,,InGaAlNInGaAlN

! Bant aralõklarõ görünür spektrumu tamamiyle kaplar. 1.9 eV (InN)-6.2 eV (AlN)

! Mavi LED ve Lazer! Küçük dalgaboyu, yüksek yoğunlukta optik depolama! Büyük bant aralõğõ, yüksek õsõl iletkenlik, yüksek

güç/yüksek sõcaklõk elektroniği! Kuvvetli bağ, kimyasal aşõnmaya karşõ dayanõklõ

2001 yõlõnda GaN Optoelektronik Pazarõ 2 Milyar A.B.D. Dolarõ





Moleküler Işõn Epitaksisi (MBE)


Metalorganik Kimyasal Buhar Depozisyonu (MOCVD)

Ga(CH3)3+AsH3→→→→GaAs+3CH4


Ev Yapõmõ MOCVD Reaktörü


Mikroelektronik Alanõnda ODTÜ�de Mikroelektronik Alanõnda ODTÜ�de Yapõlan ÇalYapõlan Çalõşõşmalarmalar

! Yarõ-İletken Aygõt Modellemesi! Yarõ-İletken Karakterizasyonu! Entegre Devre Tasarõmõ! Sensör, Transistör, Kõzõlötesi Dedektör Tasarõmõ ve

Fabrikasyonu

III-V Grubu Yarõ-İletkenler Üzerinde Süren Projeler:! GaInP/InGaAs/GaAs MODFET Yapõõlarõõ! Si Taban Üzerinde InSb (3-5 µm) Kõzõlötesi Dedektörler


Source Gate Drain1 V

3 V


Kõõzõõlötesi Dedektör Malzemeleri

Hg1-xCdxTe InAs1-xSbx InTlSb

3-5 µµµµm 8-12 µµµµm

InSb PtSi PbSe


NedenNeden InSb ve InAsSbInSb ve InAsSb??

!Homojen olarak büyütülebilir

!Güçlü kovalent ba" özelli"i

!Si Taban üzerinde başarõ


Si Si TabanTabanõõnn AvantajlarAvantajlarõõ

!Daha büyük taban!Okuma devresi ile aynõ genle#me

katsayõsõ!Taban inceltmeye gerek yok!Okuma devresi ile monolitik entegrasyon

mümkün


Okuma Okuma Devresi ile Hibrid EntegrasyonDevresi ile Hibrid Entegrasyon


DedektörDedektör YapYapõõssõõ

! Molecular Işõn Epitaksisi (MBE) Büyütme Tekniği

! 92,000 cm2/V-sec Elektron Mobilitesi (77 K) (Dünyada elde edilebilen en yüksek mobilite)


400 X 80 400 X 80 µµmm22 Dedektör DizisiDedektör Dizisi


ElektrikselElektriksel Karakterizasyon Karakterizasyon 77 K77 K

0.1

1

10

100

1000

-0.6 -0.4 -0.2 0

Bias (V)

Dar

k C

urre

nt

( µµ µµA

)

-202468101214161820

-0.6 -0.4 -0.2 0 0.2

Bias (V)

Dar

k C

urre

nt

(mA

) 0100020003000400050006000700080009000

Diff

eren

tial R

esis

tanc

e (O

hm)


OptikOptik KarakterizasyonKarakterizasyon77 K77 K

0.1

1

10

100

3 3.5 4 4.5 5 5.5 6Wavelength (µµµµm)

Res

pons

ivity

(kV

/W)


KaranlKaranlõõk Akk Akõõmm

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

-0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0Bias (V)

Dar

k C

urre

nt

( µµ µµA

)

Measured

I +IS T

IT

IS

77 K


SonuçlarSonuçlar! 1.2 kV/W Gerilim Responsivitesi

! Dü#ük Kaçak Akõm

! Homojen Dağõlõm

! Si taban üzerinde dünyada elde edilen en iyi performans

! InSb Dedektörlerin Si Okuma Devresi ile Monolitik Entegrasyonu Mümkün


Halen Sürdürülen ÇalHalen Sürdürülen Çalõşõşmalarmalar

!8x8 Dedektör Dizisinin bir Multiplexer Devresi ile Entegrasyonu veTesti

!Daha Büyük Boyutta FPA ve OkumaDevresi Fabrikasyonu


Yapõlmasõ Planlanan ÇalõşmalarYapõlmasõ Planlanan Çalõşmalar

! Modern yarõ-iletken büyütme teknolojisinin ODTÜ�de geliştirilmesi

! 8-12 µµµµm penceresinde kõzõlötesi dedektörler

! Yüksek çözünülürlüklü FPA Yapõlarõ


Araştõrma Bazõnda Gerekli YatõrõmAraştõrma Bazõnda Gerekli Yatõrõm

! Temiz Oda-1,000,000 USD! Kristal Büyütme-2,000,000 USD! Yapõsal Karakterizasyon-500,000 USD! Elektriksel Karakterizasyon-200,000 USD! Optik Karakterizasyon-300,000 USD! Aygõt Fabrikasyonu ve Karakterizasyonu-1,000,000 USD! TOPLAM: 5,000,000 USD


ilk Si taban üzerine1.3 um lazer

Yüksek güç980 nm lazer

1992

ilk Aliçermeyenyüksek güç

lazer (MOCVD)

ilkInTlSb

infrared fotodedektör

InTlSbYari-iletkeninin

ilk defabüyütülmesi

1993

ilkGaN p-n

FotovoltaikUV dedektör

Rekor Kalitede GaN ve AlGaN

Rekor KalitedeAlN

ilkAl içermeyen

p-QWIP

1994

ilkAlN/Si

MIS

13 um, 300 K ilk InAsSb

infraredfotodedektör

Al içermeyenyüksek güç

808 nm lazer

1995

n-tip QWIP

ilkInSb/GaAs

veInSb/Si FPA

ilkAlGaN-AlN260-200 nm

fotodedektör

ilkAl içermeyenyüksek güç

3-5 um Laser

1996

Center for Quantum Devices, Northwestern University, A.B.D.


Özel Sektörün Toplam Ar-Ge Harcamalarõ İçindeki Payõ

Türkiye %24ABD %73Japonya %66Rusya %66İngiltere %65Fransa %62İtalya %58İspanya %45Yunanistan%27G.Kore %73


Ar-Ge Harcamalarõnõn GSYİHİçindeki Payõ

Türkiye %0.38ABD %2.55Japonya %2.84Rusya %0.82İngiltere %2.19Fransa %2.34İtalya %1.12İspanya %0.82Yunanistan%0.49G.Kore %2.30


Alõnmasõ Gerekli Önlemler

�Ulusal Bilim ve Teknoloji Politikasõnõn Geliştirilmesi ve Kararlõlõk İçinde Uygulanmasõ

�AR-GE�ye Daha Fazla Devlet Yardõmõ

�Üniversite-Sanayi Ortak Araştõrma Merkezleri

�Uluslararasõ Araştõrma Projeleri

� Üniversite�de Savunma Amaçlõ Araştõrmanõn Yönlendirilmesi

Documents

YENİ YARI-İLETKEN TEKNOLOJİLERİ - AFCEAafcea.org.tr/afceatr/makaleler/Yeni_Yiletken_Teknolojileri1298.pdf · Yarı-İletken Aygıt Modellemesi! Yarı-İletken Karakterizasyonu!