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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.43.2012.tde-26032013-125013
Documento
Autor
Nome completo
Álvaro Diego Bernardino Maia
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2012
Orientador
Banca examinadora
Quivy, Alain Andre (Presidente)
Levine, Alexandre
Pires, Mauricio Pamplona
Salvadori, Maria Cecilia Barbosa da Silveira
Souza, Patrícia Lustoza de
Título em português
Crescimento, fabricação e teste de fotodetectores de radiação infravermelha baseados em pontos quânticos
Palavras-chave em português
epitaxia por feixe molecular
física da matéria condensada
fotodetectores
infravermelho
semicondutores
Resumo em português
Os fotodetectores infravermelhos baseados em pontos quânticos (Quantum-dot Infrared Photodetectors, QDIPs) surgiram recentemente como uma nova tecnologia para a detecção de radiação infravermelha. Comparados com fotodetectores mais convencionais baseados em poços quânticos (Quantum-well Infrared Photodetectors, QWIPs), as suas vantagens se originam no confinamento tridimensional de portadores e incluem a sensibilidade intrínseca à incidência normal de luz, um maior tempo de vida dos portadores fotoexcitados e uma baixa corrente de escuro, que devem permitir o funcionamento dos dispositivos acima das temperaturas criogênicas. No presente trabalho, a técnica de epitaxia por feixe molecular (Molecular-Beam Epitaxy - MBE) foi usada para crescer várias amostras de QDIPs de InAs/GaAs com o objetivo de estudar a inuência dos parâmetros estruturais destes dispositivos. Após o crescimento, as amostras foram processadas em pequenas mesas quadradas por técnicas de litografia convencional e, então, caracterizadas. As propriedades ópticas e eletrônicas dos dispositivos foram verificadas para temperaturas a partir de 10 K. Com o objetivo de realizar medidas eletrônicas de alta qualidade, janelas de Ge e cabos com conectores de baixo ruído para baixa temperatura foram empregados. As curvas de corrente de escuro, as curvas de responsividade com corpo negro (fotocorrente), as medições do ruído com uma analisador de sinais e as respostas espectrais por FTIR (Fourier Transform Infrared) forneceram um conjunto completo de informações sobre os dispositivos. As figuras de mérito dos nossos melhores dispositivos permitiram também, determinar a probabilidade de captura e o ganho fotocondutivo. Com o intuito de compreender a relação entre as dimensões físicas dos pontos quânticos e as características de funcionamento dos QDIPs, desenvolveu-se um cálculo dos estados eletrônicos de da função de onda de um elétron confinado em um ponto quântico de InxGa1-xAs em formato de lente, envolvido em uma matriz de GaAs, com massas efetivas dependentes da posição. Esse modelo leva em conta o efeito da tensão assim como o gradiente de In dentro do ponto quântico, resultante do forte efeito de segregação presente em um sistema de InxGa1-xAs/GaAs. Diferentes perfis de segregação foram testados com o nosso modelo teórico com vista a proporcionar o melhor ajuste os nossos dados experimentais.
Título em inglês
Growth fabrication and testing of quantum-dots infrared photodetectors
Palavras-chave em inglês
condensed matter physics
infrared
molecular bean epitaxy
photodetectors
semiconductors
Resumo em inglês
Quantum-dot Infrared Photodetectors (QDIPs) recently emerged as a new technology for detecting infrared radiation. Compared to more conventional photodetectors based on quantum wells (QWIPs), their advantages originate from the three-dimensional confinement of carriers and include an intrinsic sensitivity to normal incidence of light, a longer lifetime of the photoexcited carriers and a lower dark current which should hopefully allow their operation close to room temperature. In the present work, molecular-beam epitaxy (MBE) was used to grow several InAs/GaAs QDIP samples in order to analyse the influence the structural properties of such devices. After the growth, the samples were processed into small squared mesas by conventional lithography techniques and fully characterized. The optical and electrical properties of the devices were checked as a function of temperature using Ge optical windows and all the connectors and low-temperature/low-noise cables needed to perform high quality low-level electrical measurements. Dark-current curves, Responsivity (photocurrent) data with a black body, noise measurements with a signal analyzer and spectral responses by FTIR provided a full set of information about the devices. The figures of merit of our best devices allowed us also to determine the capture probability and the photoconductive gain. In order to understand the relationship between the physical dimensions of the quantum dots and the operating characteristics of the QDIPs, we developed a position-dependent effective-mass calculation of the bound energy levels and wave function of the electrons confined in lensshaped InxGa1-xAs quantum dots embedded in GaAs, taking into account the strain as well as the In gradient inside the quantum dots which is due to the strong In segregation and intermixing present in the InxGa1-xAs/GaAs system. Different In profiles inside the quantum dots were tested with our new theoretical model in order to provide the best _t to our experimental data.
 
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Este trabalho é somente para uso privado de atividades de pesquisa e ensino. Não é autorizada sua reprodução para quaisquer fins lucrativos. Esta reserva de direitos abrange a todos os dados do documento bem como seu conteúdo. Na utilização ou citação de partes do documento é obrigatório mencionar nome da pessoa autora do trabalho.
ModelodeteseIFUSP.pdf (33.68 Mbytes)
Data de Publicação
2013-05-29
 
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  • Maia, A D B, et al. The influence of different indium-composition profiles on the electronic structure of lens-shaped In [doi:10.1088/0022-3727/45/22/225104]. Journal of Physics. D, Applied Physics [online], 2012, vol. 45, p. 225104.
  • MAIA, A. D. B., et al. Simulation of the electronic properties of In[sub x]Ga[sub 1−x]As quantum dots and their wetting layer under the influence of indium segregation [doi:10.1063/1.4818610]. Journal of Applied Physics [online], 2013, vol. 114, p. 083708.
  • HENRIQUES, A. B., et al. Spin coherence generation in negatively charged self-assembled (In,Ga)As quantum dots by pumping excited trion states [doi:10.1103/PhysRevB.86.115333]. Physical Review. B, Condensed Matter and Materials Physics [online], 2012, vol. 86, p. 115333.
  • KEIZER, J. G., et al. Atomically resolved study of the morphology change of InAs/GaAs quantum dot layers induced by rapid thermal annealing [doi:10.1063/1.4770371]. Applied Physics Letters [online], 2012, vol. 101, p. 243113.
  • Schwan, A., et al. Anisotropy of electron and hole g-factors in (In,Ga)As quantum dots [doi:10.1063/1.3665634]. Applied Physics Letters [online], 2011, vol. 99, p. 221914.
  • Schwan, A., et al. Dispersion of electron g-factor with optical transition energy in (In,Ga)As/GaAs self-assembled quantum dots [doi:10.1063/1.3588413]. Applied Physics Letters [online], 2011, vol. 98, p. 233102.
  • MAIA, A. D. B., et al. Calculations of the electron energy levels of InAs/GaAs quantum dots for application in infrared photodetectors. In 15th Brazilian Workshop on Semiconductor Physics, Juiz de Fora, 2011. Anais da conferência., 2011. Abstract.
  • MAIA, A. D. B., et al. Desenvolvimento de fotodetectores de radiação infravermelha baseados em nanoestruturas semicondutoras. In Empreendedorismo no Instituto de Física da Universidade de São Paulo, São Paulo, 2010. Website da conferência., 2010. Resumo.
  • MAIA, A. D. B., et al. Fabricação de fotodetectores infravermelhos de alto desempenho para aplicações agropecuárias. In II Conferência Nacional sobre Defesa Agropecuária, Belo Horizonte, 2010. Anais da conferência., 2010. Resumo.
  • MAIA, A. D. B., et al. Growth, processing and testing of infrared photodetectors based on quantum dots. In 15th Brazilian Workshop on Semiconductor Physics, Juiz de Fora, 2011. Anais da conferência., 2011. Abstract.
  • MAIA, A. D. B., et al. Influence of In segregation and intermixing on the optical and electronic properties of InAs/GaAs quantum dots and photodetectors. In International Conference os Superlattices, Nanostructures and Nanodevices (ICSNN 2012), Dresden, 2012. Anais da conferência., 2012. Abstract.
  • CLARO, M. S., et al. Experimental and theoretical studies of dark current in quantum-well infrared photodetectors. In Workshop on Infrared Technology, Rio de Janeiro, 2011. Anais da conferência., 2011. Resumo.
  • FERNANDES, F. M., et al. High-efficiency infrared photodetectors based on quantum wells grown by molecular beam epitaxy. In 15th Brazilian Workshop on Semiconductor Physics, Juiz de Fora (MG), 2011. Anais da conferência., 2011. Abstract.
  • FERNANDES, F. M., et al. Low-temperature electronic transport mechanisms deduced from noise measurements in quantum-well infrared photodetectors. In International Conference os Superlattices, Nanostructures and Nanodevices (ICSNN 2012), Dresden, 2012. Anais da conferência., 2012. Abstract.
  • HENRIQUES, A. B., et al. Universal spintronic properties of InGaAs/GaAs self-assembled quantum dots. In 15th Brazilian Workshop on Semiconductor Physics, Juiz de Fora, 2011. Anais da conferência., 2011. Abstract.
  • HONDA, B. S. L., et al. Light-induced magnetism using picosecond and femtosecond pulses in semiconductor nanostructures. In XXXV Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada, Águas de Lindóia (SP), 2012. Anais da conferência., 2012. Resumo.
  • HONDA, B. S. L., et al. Spin coherence generation by pumping into the excited states of charged InGaAs quantum dots. In The 7th International Conference os Physics and Applications of Spin-related Phenomena in Semiconductors (PASPS-VII), Eindhoven, 2012. Proceedings da conferência., 2012. Abstract.
  • LAURETO, E., et al. Energy levels for lens-shaped self-assembled quantum dots heterostructures. In XXXV Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada, Águas de Lindóia, 2012. Anais da conferência., 2012. Resumo.
  • ROSA, R. G. T., et al. Optical and morphological propertiesof large InAs/GaAs quantum dots. In XXXIV Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada, Foz do Iguaçu (PR), 2011. Anais da conferência., 2011. Resumo.
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