Terahertz uygulamaları için yeni bir fotodiyot tasarımı

Teknolojinin insanların yaşamlarında önemli bir rol oynamaya başlamasıyla birlikte, telekominikasyon teknolojileri alanındaki gelişmeler de hızla artmaktadır. Bu gelişmelerin sonucu olarak artan veri kullanım oranı, yüksek hızlı veri kullanma ihtiyacını beraberinde getirmektedir. Yüksek veri hızı elde edebilmek için yüksek hızlı elektriksel ve optik bileşenler içeren telekominikasyon sistemleri gerekmektedir. Buda milimetre ve terahertz dalgalarının oluşumunun önemini daha dikkat çekici hale getirmektedir. Yalnızca milimetre ve terahertz dalgalarının oluşumu değil, kablosuz iletişim, görüntüleme ve spektroskopik algılama gibi uygulama alanları da bu gelişmeler sayesinde önem kazanmıştır. THz aralığındaki bu potansiyel uygulamaların önem kazanmasıyla entegre antene sahip cihazlara olan talep gün geçtikçe artmıştır. Bu talebi karşılamak için entegre antenlere sahip UTC-PD'ler ve alternatifleri geliştirilmiştir. Milimetre ve Terahertz (THz) sinyal (dalga) üretiminde, haberleşme, görüntüleme ve spektroskopi gibi birçok alanda kullanılan pahalı ve hacimli THz kaynaklarına alternatif olması açısından gelecek vaat eden UTC-PD'ler son dönemlerde aktif olarak kullanılmaktadır. Bu tezde, oda sıcaklığında kullanım, yüksek çalışma hızı ve yüksek çalışma frekansı gibi özelliklere sahip olan UTC-PD'nin geometrik yapısı modifiye edilerek yeni bir tasarım geliştirilmiştir. Daha yüksek bant genişliği ve yüksek çıkış gücü elde etmek için InGaAs malzemesinden oluşan soğurucu ile InP malzemesinden oluşan toplayıcı katmanları arasına bir yapı eklenmiştir. Eklenen geometrik yapının şekli, malzeme çeşidi ve boyutunda değişimler yapılarak, bu değişimlerin bant genişliği (bandwidth, BW) değerine ne kadar etki ettiği tartışılmıştır. Tasarımın en önemli özelliği 0 (sıfır) Volt yani zero-bias uygulamalarında başarılı bir performans göstermesi ve muadilinden yaklaşık yedi kata kadar daha fazla bant genişliğine sahip olmasıdır. Ayrıca bu tezde, optik ve elektriksel simülasyonlar, Lumerical yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir ve bu yazılımla tasarlanan UTC-PD'lerin performansları tartışılmıştır. Optik simülasyolar Lumerical FDTD'de gerçekleştirilmiş daha sonra elde edilen optik üretim oranı (optical generation rate), elektriksel karakterizasyon için Lumerical Device yazılımına aktarılmıştır. Bu simülasyonlar ile UTC-PD'nin cihaz yapısının optimizasyonu araştırılmış ve sonuçlar literatürde var olan ve referans alınan klasik UTC-PD tasarımı ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca FDTD ve Device alt modül çözücülerinin çalışma prensibi üzerinde durulmuştur.