Yeni Yarıiletken Teknolojileri

Transkript

YENİ YARI-İLETKEN
TEKNOLOJİLERİ
Doç. Dr. Cengiz Beşikci
ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL.
Bilgisayar
Mikroelektronik
Enformasyon Teknolojisi
Telekomünikasyon
Mikroelektronik Teknolojisi
Yeni Kavramlar
Yeni Malzemeler
Karõşõk Teknolojiler
Küçültme
Daha Hõzlõ
Daha Geniş Spektrum
Daha Yüksek Güç/Yüksek Sõcaklõk
Daha Uzun Ömür
Daha Ucuz
III-V
GrubuBile
Bileşik
III
-V Grubu
şik
Yarõ-iletkenler
Yar
õ-iletkenler
Kolon III
III
Kolon
Al
Ga
In
KolonVV
Kolon
N
As
AlN
GaN
GaP
AlAs
GaAs
GaxIn1-xP
AlInxAs1-x
AlxGa1-xAs
InP
InAs
P
Sb
AlxGa1-xN
InSb
InXGa1-xAs
InAsxSb1-x
III-V Yarõ-iletken
Teknolojisi
Elektronik Cihazlar
Optoelektronik Cihazlar
MESFET
MODFET
Fotodedektör
Optoelektronik Tümleşik
Devreler
Fototransistör
HBT
Sayõsal
Tümleşik
Devreler
Lazer
Monolitik
Mikrodalga
Tümleşik
Devreler
Güneş Pili
Elektronik Uygulamalarõ
GaInP/GaAs
InP/InGaAs
Yüksek Hõzlõ Transistörler
(MODFET, HBT)
AlGaAs/GaAs
AlInAs/InGaAs/InP
AlGaN/GaN
GaN
Yüksek Güç/Yüksek Sõcaklõk
Elektroniği
AlN
III-Nitratlar
AlN,GaN,InN,AlGaN,InGaAlN
!
!
!
!
!
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
Yapõlan Çalõşmalar
!
!
!
!
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 Yapõlarõ
Si Taban Üzerinde InSb (3-5 µm) Kõzõlötesi Dedektörler
Source
1V
Gate
Drain
3V
Kõzõlötesi Dedektör Malzemeleri
3-5 µm
InSb
PtSi
8-12 µm
PbSe
Hg1-xCdxTe InAs1-xSbx
InTlSb
Neden InSb ve InAsSb?
!Homojen
!Güçlü
!Si
olarak büyütülebilir
kovalent ba" özelli"i
Taban üzerinde başarõ
Si Tabanõn Avantajlarõ
! Daha
büyük taban
! Okuma devresi ile aynõ genle#me
katsayõsõ
! Taban inceltmeye gerek yok
! Okuma devresi ile monolitik entegrasyon
mümkün
Okuma Devresi ile Hibrid Entegrasyon
Dedektör Yapõsõ
!
Molecular Işõn Epitaksisi (MBE) Büyütme Tekniği
!
92,000 cm2/V-sec Elektron Mobilitesi (77 K)
(Dünyada elde edilebilen en yüksek mobilite)
400 X 80 µm2 Dedektör Dizisi
Elektriksel Karakterizasyon
77 K
9000
8000
7000
10
1
-0.4
-0.2
0
Bias (V)
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
-0.4
-0.2
0
0.2
Bias (V)
Differential Resistance (Ohm)
100
0.1
-0.6
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-0.6
Dark Current (mA)
Dark Current ( µ A)
1000
Optik Karakterizasyon
77 K
Responsivity (kV/W)
100
10
1
0.1
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
Wavelength (µ m)
Karanlõk Akõm
Dark Current (µ A)
0
-20
-40
-60
-80
IS
IT
77 K
-100
-120
IS+I T
-140
-160
-0.6
Measured
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
Bias (V)
Sonuçlar
!
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 Çalõşmalar
! 8x8
Dedektör Dizisinin bir Multiplexer
Devresi ile Entegrasyonu veTesti
! Daha
Büyük Boyutta FPA ve Okuma
Devresi Fabrikasyonu
Yapõlmasõ Planlanan Çalõşmalar
!
Modern yarõ-iletken büyütme teknolojisinin
ODTÜ’de geliştirilmesi
!
8-12 µm penceresinde kõzõlötesi dedektörler
!
Yüksek çözünülürlüklü FPA Yapõlarõ
Araştõrma 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
Center for Quantum Devices, Northwestern University, A.B.D.
1992
1993
1994
1995
1996
Yüksek güç
980 nm lazer
InTlSb
Yari-iletkeninin
ilk defa
büyütülmesi
ilk
Al içermeyen
p-QWIP
Al içermeyen
yüksek güç
808 nm lazer
ilk
Al içermeyen
yüksek güç
3-5 um Laser
ilk Si taban
üzerine
1.3 um
lazer
ilk
InTlSb
infrared
fotodedektör
Rekor Kalitede
AlN
13 um, 300 K
ilk InAsSb
infrared
fotodedektör
ilk
AlGaN-AlN
260-200 nm
fotodedektör
ilk Al
içermeyen
yüksek güç
lazer (MOCVD)
Rekor Kalitede
GaN ve AlGaN
ilk
AlN/Si
MIS
ilk
InSb/GaAs
ve
InSb/Si FPA
ilk
GaN p-n
Fotovoltaik
UV dedektör
n-tip QWIP
Özel Sektörün Toplam Ar-Ge
Harcamalarõ İçindeki Payõ
Türkiye
%24
ABD
%73
Japonya %66
Rusya
%66
İngiltere
%65
Fransa
%62
İtalya
%58
İspanya
%45
Yunanistan %27
G.Kore
%73
Ar-Ge Harcamalarõnõn GSYİH
İçindeki Payõ
Türkiye
%0.38
ABD
%2.55
Japonya %2.84
Rusya
%0.82
İngiltere
%2.19
Fransa
%2.34
İtalya
%1.12
İspanya
%0.82
Yunanistan %0.49
G.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

Yeni Yarıiletken Teknolojileri

Transkript

Benzer belgeler

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ