kth.sePublikationer KTH
Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Optical concentration in fully delineated mid-wave infrared T2SL detectors arrays
KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS), Elektroteknik, Elektronik och inbyggda system. IRnova AB, Isafjordsgatan 26 - 5C, Kista, Sweden.
IRnova AB, Isafjordsgatan 26 - 5C, Kista, Sweden.
IRnova AB, Isafjordsgatan 26 - 5C, Kista, Sweden.
IRnova AB, Isafjordsgatan 26 - 5C, Kista, Sweden.
Visa övriga samt affilieringar
2023 (Engelska)Ingår i: Applied Physics Letters, ISSN 0003-6951, E-ISSN 1077-3118, Vol. 123, nr 18, artikel-id 181102Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

The dependence of quantum efficiency (QE) on fill factor and pixel pitch is studied theoretically and experimentally in fully delineated type-II superlattice (T2SL) detectors. Theoretically, a 2-dimensional simulation model is used to compute the absorption in the array geometry, which shows an insensitivity of the optical response to the fill factor. This is a result of the photodiode array (PDA) geometry concentrating the light in the pixel area. QE measurements on PDAs with varying pixel pitch (from 225 to 10 μm) and fill factors (from 98% to 64%) confirm this independence of the QE on the fill factor and results in a 50% increase in the photocurrent density in 10 μm pitch PDAs compared to 225 μm pitch PDAs. Furthermore, measurements of the dark current density vs pixel size revealed an absence of surface leakage in these PDAs, which, combined with the increased photocurrent density results in an improved signal-to-noise ratio when reducing the pitch in these T2SL detectors. Finally, this result resolves the QE-modulation transfer function trade-off, as the electrical isolation of the pixel is carried out without impacting the QE of the array.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
AIP Publishing , 2023. Vol. 123, nr 18, artikel-id 181102
Nationell ämneskategori
Telekommunikation Atom- och molekylfysik och optik
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kth:diva-339717DOI: 10.1063/5.0176652ISI: 001094980200011Scopus ID: 2-s2.0-85175725964OAI: oai:DiVA.org:kth-339717DiVA, id: diva2:1813203
Anmärkning

QC 20231120

Tillgänglig från: 2023-11-20 Skapad: 2023-11-20 Senast uppdaterad: 2024-02-21Bibliografiskt granskad
Ingår i avhandling
1. Process development of III-V-based infrared detectors
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Process development of III-V-based infrared detectors
2024 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Alternativ titel[sv]
Processutveckling av III-V-baserade infraröda detektorer
Abstract [en]

Type-II Superlattice (T2SL) detectors have revolutionized the field of infraredimaging, establishing themselves as the forefront technology in defense, space,and industrial applications. These detectors enable larger formats and higheroperating temperatures (HOT) that minimize the need for bulky and energyconsumingcryogenic cooling, paving the way for imaging systems with reducedSize, Weight, and Power (SWaP).Their versatility across various IR wavebands—long-wavelength, midwavelength,and extended short-wavelength—combined with the intrinsicscalability characteristic of III-V detectors, positions T2SL technology as the idealchoice for next-generation HOT and high-resolution (HD) detectors.This thesis focuses on improving the manufacturing process for T2SL arrays toreduce surface leakage currents induced during pixel etching. This challengebecomes more pronounced with smaller pixels and directly affects the maximumoperating temperature.The investigation into T2SL detector performance provides comprehensiveinsights into the detectors' electrical characteristics. This includes 1/f noiseanalysis and a detailed experimental and quantitative modeling of surface leakagecurrents, proposing strategies for their reduction. Furthermore, the study delvesinto light-matter interactions within focal plane arrays (FPAs) to describe opticalconcentration effects to increase the sensitivity and provides Modulation transferfunction measurements and simulations to discuss the resolution of T2SL arrays.Employing diverse Sb-based T2SL detector photodiode structures, this thesisreports significant progress in the fabrication process, leading to remarkableachievements. These include the demonstration and industrial production of a640 × 512 – 15 μm format FPA operating at 150 K; the production of 10, 7.5,and 5 μm pitch arrays, all capable of functioning at 150 K; and the demonstrationof small-pitch HD FPAs, with the capability of operating at 150K.

Abstract [sv]

Typ-II Supergitter (T2SL) detektorer har revolutionerat fältet för infraröd (IR)avbildning och etablerat sig som spetsteknologi inom försvar, rymd ochindustriella tillämpningar. Dessa detektorer möjliggör större format och högrearbetstemperaturer (HOT) som minskar behovet av plats- och energikrävandekryogen kylning, vilket banar väg för IR-kameror med minskad Storlek, Vikt ochEnergiåtgång (SWaP).Deras mångsidighet över olika IR-våglängdsband—långvåg, mellanvåg ochkortvåg—kombinerat med den inneboende skalbarheten som är karakteristisk förIII-V material, positionerar T2SL-teknologin som det ideala valet för nästagenerations HOT och högupplösta (HD) detektorer.Denna avhandling fokuserar på att förbättra tillverkningsprocessen för T2SLdetektormatriserför att minska ytströmmar som uppstår vid pixeletsning. Dennautmaning växer med minskad pixelstorlek och påverkar direkt en detektorsmaximala arbetstemperatur.Genom att betrakta T2SL-detektorernas prestanda ges omfattande insikter idetektorernas elektriska egenskaper. Detta inkluderar analys av 1/f-brus och endetaljerad experimentell och kvantitativ modellering av ytströmmar, samt förslagpå strategier för att reducera dessa. Vidare går studien in på fenomenet av optiskkoncentration som uppstår i fokalplansmatriser (FPAer) och resulterar i ett ökatsignal-brusförhållande. Slutligen analyseras graden av optiska och elektriskaläckage mellan närliggande pixlar genom mätning och simulering avmoduleringsöverföringsfunktionen.Denna avhandling presenterar betydande framsteg i tillverkningsprocessen hosflera olika T2SL-detektorstrukturer vilket resulterat i anmärkningsvärda stegframåt för IR-detektorteknologin. Dessa inkluderar industriell produktion avFPAer med 640 × 512 pixlar med 15 μm:s pixelstorlek och med enarbetstemperatur på 150 K; produktionen av detektormatriser med 10, 7.5, och 5μm pixel-till-pixelavstånd, alla kapabla att fungera vid 150 K; och demonstrationav HD FPAer, med förmåga att fungera vid 150 K.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Stockholm, Sweden: KTH Royal Institute of Technology, 2024. s. 191
Serie
TRITA-EECS-AVL ; 2024:18
Nyckelord
infrared detectors, Type-II superlattice, surface leakage, high operating temperature, passivation, optical concentration, modulation transfer function, noise., infraröda detektorer, Typ-II supergitter, ytströmmar, hög arbetstemperatur, passivering, optisk koncentration, moduleringsöverföringsfunktion, brus
Nationell ämneskategori
Elektroteknik och elektronik
Forskningsämne
Informations- och kommunikationsteknik
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-343591 (URN)978-91-8040-847-9 (ISBN)
Disputation
2024-03-13, Electrum, Sal C, Kistagången 16, Stockholm, 13:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Anmärkning

QC 20240221

Tillgänglig från: 2024-02-21 Skapad: 2024-02-21 Senast uppdaterad: 2025-12-03Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

Fulltext saknas i DiVA

Övriga länkar

Förlagets fulltextScopus

Person

Ramos Santesmases, DavidHellström, Per-Erik

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Ramos Santesmases, DavidHellström, Per-Erik
Av organisationen
Elektronik och inbyggda system
I samma tidskrift
Applied Physics Letters
TelekommunikationAtom- och molekylfysik och optik

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetricpoäng

doi
urn-nbn
Totalt: 166 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf