Yeni Yarıiletken Teknolojileri
Transkript
Yeni Yarıiletken Teknolojileri
YENİ YARI-İLETKEN TEKNOLOJİLERİ Doç. Dr. Cengiz Beşikci ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Bilgisayar Mikroelektronik Enformasyon Teknolojisi Telekomünikasyon ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Mikroelektronik Teknolojisi Yeni Kavramlar Yeni Malzemeler Karõşõk Teknolojiler Küçültme Daha Hõzlõ Daha Geniş Spektrum Daha Yüksek Güç/Yüksek Sõcaklõk Daha Uzun Ömür Daha Ucuz ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. 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 ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ GaxIn1-xP AlInxAs1-x AlxGa1-xAs InP InAs P Sb AlxGa1-xN InSb InXGa1-xAs InAsxSb1-x ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. 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 ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Güneş Pili ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Elektronik Uygulamalarõ GaInP/GaAs InP/InGaAs Yüksek Hõzlõ Transistörler (MODFET, HBT) AlGaAs/GaAs AlInAs/InGaAs/InP ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ AlGaN/GaN GaN Yüksek Güç/Yüksek Sõcaklõk Elektroniği AlN ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. 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 ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Moleküler Işõn Epitaksisi (MBE) ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Metalorganik Kimyasal Buhar Depozisyonu (MOCVD) Ga(CH3)3+AsH3→GaAs+3CH4 ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Ev Yapõmõ MOCVD Reaktörü ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. 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 ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Source 1V Gate Drain 3V ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Kõzõlötesi Dedektör Malzemeleri 3-5 µm InSb PtSi 8-12 µm PbSe ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Hg1-xCdxTe InAs1-xSbx InTlSb ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Neden InSb ve InAsSb? !Homojen !Güçlü !Si olarak büyütülebilir kovalent ba" özelli"i Taban üzerinde başarõ ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Si Tabanõn Avantajlarõ ! Daha büyük taban ! Okuma devresi ile aynõ genle#me katsayõsõ ! Taban inceltmeye gerek yok ! Okuma devresi ile monolitik entegrasyon mümkün ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Okuma Devresi ile Hibrid Entegrasyon ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Dedektör Yapõsõ ! Molecular Işõn Epitaksisi (MBE) Büyütme Tekniği ! 92,000 cm2/V-sec Elektron Mobilitesi (77 K) (Dünyada elde edilebilen en yüksek mobilite) ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. 400 X 80 µm2 Dedektör Dizisi ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Elektriksel Karakterizasyon 77 K 9000 8000 7000 10 1 -0.4 -0.2 0 Bias (V) ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 -0.4 -0.2 0 0.2 Bias (V) ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. 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) ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. 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) ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. 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 ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Halen Sürdürülen Çalõşmalar ! 8x8 Dedektör Dizisinin bir Multiplexer Devresi ile Entegrasyonu veTesti ! Daha Büyük Boyutta FPA ve Okuma Devresi Fabrikasyonu ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. Yapõlmasõ Planlanan Çalõşmalar ! Modern yarõ-iletken büyütme teknolojisinin ODTÜ’de geliştirilmesi ! 8-12 µm penceresinde kõzõlötesi dedektörler ! Yüksek çözünülürlüklü FPA Yapõlarõ ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. 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 ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. 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 ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ n-tip QWIP ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. 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 ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. 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 ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. 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 ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL.