Ανάπτυξη φωτοανιχνευτικών ετεροδιόδων οξειδίου του ψευδαργύρου σε Ν τύπου υπόστρωμα πυριτίου για οπτοηλεκτρονικές εφαρμογές

Πεολίδης, Αχιλλέας; Peolidis, Achilleas

dc.contributor.author	Πεολίδης, Αχιλλέας	el
dc.contributor.author	Peolidis, Achilleas	en
dc.date.accessioned	2025-01-22T07:52:34Z
dc.date.available	2025-01-22T07:52:34Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/60894
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.28590
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	Φωτοανιχνευτής	el
dc.subject	Οξείδιο του Ψευδαργύρου (ZNO)	el
dc.subject	Πυρίτιο (Si)	el
dc.subject	Ευρυζωνική φωτοανίχνευση	el
dc.subject	Αυτόνομη φωτοανίχνευση	el
dc.subject	Φασματο-επιλεκτική φωτοανίχνευση	el
dc.subject	Επαφή N-N	el
dc.subject	Οπτοηλεκτρονικός χαρακτηρισμός	el
dc.subject	Zinc oxide(ZNO)	en
dc.subject	Silicon (Si)	en
dc.subject	Broadband photodetection	en
dc.subject	Aytonomous photodetection	en
dc.title	Ανάπτυξη φωτοανιχνευτικών ετεροδιόδων οξειδίου του ψευδαργύρου σε Ν τύπου υπόστρωμα πυριτίου για οπτοηλεκτρονικές εφαρμογές	el
dc.title	DEVELOPMENT OF PHOTODETECTIVE ZINC OXIDE HETERODIODES ON N-TYPE SILICON SUBSTRATE FOR OPTOELECTRONIC APPLICATIONS	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μικροηλεκτρονική	el
heal.classification	Νανουλικά	el
heal.classification	Microelectronics	en
heal.classification	Nanomaterials	en
heal.classification	Φωτοανιχνευτής	el
heal.classification	Photodetector	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-02-29
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελεί μελέτη των οπτοηλεκτρονικών χαρακτηριστικών των φωτοανιχνευτικών διατάξεων n^+-ZnO/n-Si (100°C, 150°C, 200°C). Ειδικότερα, ως συνέχεια προηγούμενης έρευνας στο φωτοανιχνευτή n^+-ZnO/n-Si 150°C σκοπεύει στην διερεύνηση των ιδιοτήτων του σε τρεις νέες διατάξεις. Η πειραματική διαδικασία εκτελέστηκε στο εργαστήριο οπτοηλεκτρονικής του Ινστιτούτου Θεωρητικής και Φυσικής Χημείας (ΙΘΦΧ) του Εθνικού Ιδρύματος Ερευνών (ΕΙΕ) υπό την καθοδήγηση της Δρ. Μαρίας Κάνδυλα. Η εργασία ξεκινά με ανασκόπηση χρήσιμων γνωσιακών πεδίων για την κατανόηση των λειτουργικών χαρακτηριστικών των διατάξεων, έπειτα αναλύονται οι διαδικασίες και χαρακτηρισμού των φωτοανιχνευτών και τέλος παρουσιάζονται τα πειραματικά δεδομένα και τα τελικά συμπεράσματα. Κίνητρο της μελέτης αποτελεί η ανάγκη ανάπτυξης φωτοανιχνευτών που συνδυάζουν την ικανότητα ευρυζωνικής φωτοανίχνευσης στο φάσμα υπεριώδους (UV) - ορατής (Vis) - υπέρυθρης (IR) ακτινοβολίας με τη δυνατότητα επιλεκτικής ανίχνευσης υπέρυθρης ακτινοβολίας. Επιπρόσθετος στόχος είναι η δόμηση τους με οικονομικά υλικά και μεθόδους και η λειτουργία τους χωρίς εξωτερική τροφοδοσία. Πράγματι, οι ιδιότητες της ευρυζωνικής, επιλεκτικής και αυτόνομης φωτοανίχνευσης βρίσκουν πληθώρα εφαρμογών ενώ οι φωτοανιχνευτές ημιαγωγών πρωτοστατούν τεχνολογικά. Μεταξύ αυτών ξεχωρίζουν οι διατάξεις επαφών p-n καθώς επωφελούνται από το ενδογενές ηλεκτρικό τους πεδίο. Ιδιαίτερη κατηγορία ανιχνευτών ημιαγώγιμων υλικών αποτελούν και οι προς εξέταση διατάξεις. Τέλος, το οξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO) και το πυρίτιο (Si) συνδυάζουν απορρόφηση στο υπεριώδες, ορατό και υπέρυθρο ενώ βρίσκονται σε αφθονία. Λεπτά υμένια ZnO εναποτέθηκαν σε υπόστρωμα Si με ατομική εναπόθεση και σε τρεις θερμοκρασίες θαλάμου (100°C, 150°C, 200°C). Επιπλέον, ZnO εναποτέθηκε σε εργαστηριακό γυαλί (n^+-ZnO/Glass). Κατόπιν, μεταλλικές επαφές προστέθηκαν με θερμική εξάχνωση. Για τον χαρακτηρισμό του ZnO προσδιορίστηκαν το ενεργειακό του διάκενο και η ειδική του αγωγιμότητα. Έπειτα, μελετήθηκε η ηλεκτρική και η χρονική απόκριση των διατάξεων κατά την ακτινοβόλησή τους με πληθώρα φωτεινών πηγών. Οι μετρήσεις ρεύματος και τάσης φανέρωσαν τον ανορθωτικό χαρακτήρα της I-V καμπύλης των διατάξεων. Ταυτοχρόνως, έδειξαν την ύπαρξη θετικού φωτορεύματος στην μηδενική και στην ορθή πόλωση κατά την ακτινοβόληση με υπέρυθρη ακτινοβολία. Επιπλέον, οι αντίστοιχες ημιλογαριθμικές καμπύλες φανερώνουν την αλλαγή πολικότητας του φωτορεύματος στη μηδενική πόλωση. Κατ’ επέκταση, οι μετρήσεις φωτοτάσης - χρόνου με παλμική ακτινοβολία απέδειξαν την ικανότητα ανίχνευσης παλμοσειρών συχνότητας 4Hz-1kHz. Οι χρόνοι ανόδου και καθόδου των παλμών διερευνήθηκαν επίσης. Συμπερασματικά, μελετήθηκαν και συγκρίθηκαν οι οπτοηλεκτρονικές ιδιότητες των τριών διατάξεων και αξιολογήθηκαν ως προς την εν δυνάμει εφαρμογή τους για φωτοανίχνευση.	el
heal.abstract	This thesis aims at investigating the optoelectronic behavior of n^+-ZnO/n-Si (100°C, 150°C, 200°C) photodetectors. Specifically, based on previous work on the broadband wavelength-selective isotype heterojunction n^+-ZnO/n-Si photodetector, it extends the research on three new devices. The experimental procedures took place in the optoelectronics laboratory of the Theoretical and Physical Chemistry Institute (TPCI) of the National Hellenic Research Foundation (NHRF) under the supervision of Dr. Maria Kandyla. Furthermore, the thesis begins with a review of the knowledge fields useful in understanding the mechanisms of the devices. In the second part, the development and the characterization procedures of the photodetectors are discussed and in the last chapter, the collected data is presented, and conclusions are drawn. The motive for studying n^+-ZnO/n-Si devices is the ever-growing need for dual-function photodetectors, i.e., combining broadband photodetection capability in the ultraviolet (UV) - visible (Vis) - infrared (IR) spectrum with the ability to selectively detect infrared radiation. Additional objectives are fabricating the devices with inexpensive materials and methods and testing their ability to operate without an external power supply. Indeed, the properties of broadband, selective and autonomous photodetection find numerous applications and semiconductor photodetectors lead the way. Among them, devices that make use of the p-n junction stand out as their photodetection capabilities benefit from their intrinsic electric field. Moreover, n^+-ZnO/n-Si devices are a unique category of semiconductor photodetectors since they operate as majority carrier devices. Finally, the combination of zinc oxide (ZnO) and silicon (Si) is ideal for detecting ultraviolet, visible, and infrared photons and both materials are abundant. Zinc oxide thin films were deposited on Si substrate by atomic layer deposition at three distinct chamber temperatures (100°C, 150°C, 200°C). Correspondingly, ZnO was deposited on laboratory glass samples (n^+-ZnO/Glass). Then, metal contacts were fabricated on all samples. Characterization of ZnO revealed its energy band gap and conductivity. In addition, the optoelectronic response, and the time response of the n^+-ZnO/n-Si devices were studied upon irradiation with a variety of light sources. The current and voltage measurements revealed the rectifying behavior of the I-V curve of the devices. At the same time, they confirmed the positive photocurrent values when the device is illuminated with IR radiation while zero or forward biased. Moreover, the corresponding semi-logarithmic curves revealed the polarity flipping of the photocurrent during the zero-bias condition. Moving on, transient photovoltage measurements during pulsed light illumination demonstrated their ability to detect pulses of frequencies from 4Hz to 1kHz. Finally, the rise/fall times of the pulses were studied too. In conclusion, the optoelectronic properties of the three devices were investigated and evaluated in terms of their potential applications in photodetection.	en
heal.sponsor	Ιδιαίτερες ευχαριστίες στο Εθνικό Ίδρυμα Ερευνών και συγκεκριμένα στο Ινστιτούτο Θεωρητικής και Φυσικής Χημείας για την προσβάση στις εγκαταστάσεις και τη χρήση του εξοπλισμού.	el
heal.advisorName	Μαρία, Κανδυλά	el
heal.advisorName	Maria, Kandyla	en
heal.committeeMemberName	Χριστοφόρου, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Παναγόπουλος, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Χουρδάκης, Μανώλης	el
heal.committeeMemberName	Hristoforou, Evangelos	en
heal.committeeMemberName	Panagopoulos, Georgios	en
heal.committeeMemberName	Hourdakis,Emmanouel	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	83 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false
heal.fullTextAvailability	false