Powrót
Badanie zdolności rozdzielczej ultraszybkich fotodetektorów LT GaAs
Abstract
Doctorate thesis, Investigation of photoresponse of LT GaAs ultrafast photodetectors presents the constructed electro-optic sampling system (EOS), which is based on the linear electro-optic phenomenon, that is known as the Pockel’s effect. The setup uses the femtosecond commercial Ti:sapphire laser and electro-optical crystal LiTaO3 as the optical probe of electrical impulses. The total internal reflection (TIR) of the sampling beam appear inside the crystal and the polarization of this beam is changed. For measurement were used laser pulses of 80 fs width at 795 nm wavelength and 80 MHz repetition rate. Constructed EOS system allowed to investigate electrical signals of ultrafast semiconductor photodetectors fabricated from low temperature epitaxial gallium arsenide of 1,5 µm layer thickness. The growth of LT GaAs with using technology of MBE (Molecular Beam Epitaxy) makes such layers excellent for ultrashort electrical pulses generation. Measured devices of metal-semiconductor-metal structure (MSM) were characterized by different fingers geometry and Ti/Au metallization contacts. Experimental results of the photoresponse were presented for different types of photodetectors: LT GaAs, gallium arsenide implanted by ion nitrogen (N+ GaAs) and subsequently irradiated by fast neutrons of dose 4×1017 n/cm2, as well as LT GaAs integrated with CPS (coplanar transmission lines). In case of N+ GaAs photodetector with fingers width and spacing of 11 µm and 17 µm respectively, and the capacity of 9,8 fF, the response impulses after irradiation by neutrons were observed as short as ~680 fs (Full Width at Half Maximum corresponding to 648 GHz, 3-dB bandwidth) and signal amplitude 2,8 mV. Measured ultrafast photoresponse was almost 40% shorter in contrast to non irradiated and is comparable with the response of the fastest photodetectors presently existing. Such kind of detector can be considered as better alternative for ultrafast applications. The subpicosecond response time range from 0,68 to 1,15 ps (FWHM), depending on different measurement parameters, was observed for other investigated photodetectors. The photoresponse in femtosecond regime was possible to detect due to sophisticated measuring methodology, it was mainly: zero propagation distance of electric impulse and asymmetric excitation by focusing laser beam only onto a small semiconductor area at the edge of the positive electrode. The changes of electro-optical signals in function of other parameters, as a power of excitation beam, bias voltage, configuration of the excitation and probing laser beam to each other and the fingers structure of MSM were also presented.- Identyfikator pozycji
- WUT285298
- Rodzaj dyplomu
- Praca doktorska
- Autor
- Tytuł w języku polskim
- Badanie zdolności rozdzielczej ultraszybkich fotodetektorów LT GaAs
- Tytuł w języku angielskim
- Investigation of photoresponse of LT GaAs ultrafast photodetectors
- Język
- (pl) polski
- Jednostka dyplomująca
- Wydział Fizyki (WF)
- Dyscyplina nauki
- fizyka / dziedzina nauk fizycznych / obszar nauk ścisłych
- Status pracy
- Obroniona
- Data obrony
- 30-04-2009
- Data nadania stopnia
- 21-05-2009
- Promotor
- Recenzenci wewnętrzni
- Recenzenci zewnętrzni
- Paginacja
- 115
- Słowa kluczowe w języku polskim
- fotodetektory, zdolność rozdzielcza
- Streszczenie w języku polskim
- Rozprawa doktorska, Badanie zdolności rozdzielczej ultraszybkich fotodetektorów LT GaAs prezentuje zbudowany układ elektrooptyczny EOS, w którym zachodzi liniowy efekt elektrooptyczny, zwany efektem Pockelsa. W układzie zastosowano komercyjny laser femtosekundowy Ti:szafir oraz kryształ elektrooptyczny LiTaO3 w celu optycznego próbkowania impulsów elektrycznych. Wiązka próbkująca ulega w krysztale całkowitemu wewnętrznemu odbiciu, jak również zmienia polaryzację. Do pomiarów użyto impulsy lasera o czasie trwania 80 fs, długości fali 795 nm oraz repetycji 80 MHz. Zbudowany układ umożliwił zbadanie sygnałów elektrycznych ultraszybkich fotodetektorów półprzewodnikowych wykonanych z niskotemperaturowych warstw epitaksjalnych arsenku galu o grubości 1,5 µm. LT GaAs otrzymywany w technologii MBE (Molecular Beam Epitaxy) jest jednym z najlepszych materiałów do generacji ultrakrótkich impulsów elektrycznych. Badane fotodetektory o strukturze metal-półprzewodnik-metal (MSM) z metalizacją Ti/Au charakteryzowały się zróżnicowaną geometrią palcową. Wyniki badań eksperymentalnych zdolności rozdzielczych zostały przedstawione dla różnych typów fotodetektorów: LT GaAs, arsenku galu implantowanego jonami azotu (N+ GaAs) a następnie poddanego irradiacji szybkich neutronów dawką 4×1017 n/cm2, a także LT GaAs zintegrowanych z CPS (koplanarnymi liniami transmisyjnymi). W przypadku fotodetektora N+ GaAs z metalizacją o szerokości palców i odległości między nimi, odpowiednio 11 µm i 17 µm oraz pojemności 9,8 fF, po naświetleniu struktury neutronami, otrzymano zdolność rozdzielczą ~680 fs FWHM (co odpowiada 648 GHz, 3-dB) oraz amplitudę sygnału 2,8 mV. Uzyskano czas odpowiedzi krótszy ok. 40% niż przed irradiacją i jest on porównywalny z odpowiedziami najszybszych istniejących obecnie fotodetektorów. Tego rodzaju detektor może być lepszą alternatywą do ultraszybkich zastosowań. Pozostałe zbadane fotodetektory wyróżniały się zdolnością rozdzielczą w zakresie od 0,68 do 1,15 ps (FWHM), w zależności od różnych parametrów pomiarowych. Detekcja odpowiedzi femtosekundowych była możliwa dzięki zastosowaniu złożonej techniki pomiarowej, m.in. zerowej drogi propagacji impulsu elektrycznego oraz asymetrycznego wzbudzania małej powierzchni półprzewodnika na krawędzi dodatniej elektrody. Zbadano i przedstawiono również zmiany sygnałów elektrooptycznych w funkcji mocy wiązki wzbudzającej, napięcia polaryzującego, konfiguracji położeń wiązki wzbudzającej i próbkującej względem siebie a także struktury palcowej fotodetektorów.
- Plik pracy
-
- Plik: 1
- Bialous.pdf
-
- Jednolity identyfikator zasobu
- https://repo.pw.edu.pl/info/phd/WUT285298/
- URN
urn:pw-repo:WUT285298