[pt] DESENVOLVIMENTO E OTIMIZAÇÃO DE FOTODETECTORES DE INGAAS-INP PARA DETECÇÃO NO INFRAVERMELHO DE ONDA CURTA

[en] DEVELOPMENT AND OPTIMIZATION IN INGAAS-INP PHOTODETECTORS FOR SHORT-WAVE INFRARED DETECTION

[pt] MARCELO GOMES RUA

[pt] FOTODETECTOR

[pt] INGAASP

[pt] INGAAS

[pt] SWIR

[en] PHOTODETECTOR

[en] INGAASP

[en] INGAAS

[en] SWIR

[pt] Sensores de infravermelho possuem uma vasta gama de aplicações civis e militares. Exatamente pelo forte interesse militar, esses dispositivos são considerados tecnologia sensível e têm sua comercialização controlada pelos governos dos países produtores. Os fotodiodos de InGaAs construídos sobre substratos de InP são indicados para cobrir a faixa espectral conhecida como infravermelho de onda curta (SWIR, do inglês, short-wave infrared), que vai de 0,9 até 1,7 micrómetros. Tal faixa espectral é útil no combate a incêndios florestais, na localização de pistas de pouso e decolagem clandestinas e na visualização em missões noturnas. Nesta tese foram investigadas duas inovações para otimizar o desempenho de diodos pin de InGaAs/InP na faixa do SWIR. A primeira otimização proposta foi a introdução do quaternário InGaAsP entre a camada ativa de InGaAs e o InP n+, visando reduzir o armadilhamento nessa interface. Com a introdução do quaternário, obtivemos um aumento integral de 12 por cento na intensidade da fotocorrente para a faixa do comprimento de onda de 1000 a 1700 nm. A segunda otimização proposta foi a deposição de um revestimento antirreflexo formado por duas bicamadas de TiO(2) e SiO(2). Esta otimização visa aumentar a fração dos fótons transmitidos que podem contribuir para a geração da fotocorrente. Com o revestimento antirreflexo, obtivemos um aumento aproximado de 25 por cento na intensidade da fotocorrente para todos os dispositivos. Usando como referência o dispositivo com as duas modificações propostas, o aumento na responsividade foi aproximadamente 6 vezes superior à do dispositivo sem quaternário, de 2,62 mA/W contra 0,45 mA/W, respectivamente. Já a detectividade normalizada, teve um aumento aproximado de 24 vezes maior do que o dispositivo convencional, de 1,14 x 10(10) cmHz(1/2)W(−1) contra 4,83 x 10(8) cmHz(1/2)W(-1), respectivamente. Os resultados apresentados indicam que ambas as propostas de fato melhoraram o desempenho dos dispositivos convencionais na faixa do SWIR.

[en] Infrared sensors have a wide range of civil and military applications.Precisely because of the strong military interest, these devices are considered sensitive technology, and the governments of the producing countries control their commercialization. InGaAs photodiodes built on InP substrates are indicated to cover the spectral range known as short-wave infrared (SWIR),which goes from 0.9 to 1.7 micrometers. This spectral range is useful in fighting forest fires This spectral range is very useful in fighting forest fires, locating clandestine landing and take off runways, and visualization in night missions. In this thesis, two innovations were investigated to improve the performance of diodes of the InGaAs/InP pin diodes in the SWIR range. The first approachproposed was the introduction of the InGaAsP quaternary between the InGaAsactive layer and the InP n+, aiming to reduce trapping at this interface. With the introduction of the quaternary, we obtained an integral increase of 12 percent inthe photocurrent intensity for the wavelength range from 1000 to 1700 nm. The second approach suggested optimization was the deposition of an anti-reflective coating formed by two bilayers of TiO(2) and SiO(2). This optimization aimsto increase the fraction of transmitted photons that can contribute to the generation of the photocurrent. With the anti-reflective coating, we obtained an approximate 25 percent increase in the photocurrent intensity for all devices. Using the device with the two proposed modifications as a reference, the responsivity increase was approximately 6 times higher than that of the device without quaternary, 2.62 mA/W versus 0.45 mA/W, respectively. The normalized detectivity had an increase of roughly 24 times greater than the conventional device, of 1.14 x 10(10) cmHz(1/2)W(-1) against 4.83 x 10(8)cmHz(1/2)W(-1), respectively. The results presented in this thesis indicate that both proposals improved theperformance of conventional devices in the SWIR band.

GUILHERME MONTEIRO TORELLY

PATRICIA LUSTOZA DE SOUZA

PATRICIA LUSTOZA DE SOUZA

PAULO SERGIO SOARES GUIMARAES

GUSTAVO SOARES VIEIRA

GUILHERME MONTEIRO TORELLY

JOSE ALEXANDRE DINIZ

PEDRO HENRIQUE PEREIRA

2025-03-11

2024-10-07

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PORTUGUÊS

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.69587