The design and construction of a state-of-the-art ultra-high vacuum spectrometer for the performance of angle-resolved inverse photoemission spectroscopy is presented. Detailed descriptions of its most important components are included, especially the Geiger-Muller ultraviolet photodetectors. By building on recent developments in the literature, we expect our spectrometer to achieve resolution comparable or superior to that of other prominent groups, and in general be one of the foremost apparatus for studying the momentum dependence of the unoccupied states in strongly correlated materials. Summaries of the theory of angle-resolved inverse photoemission spectroscopy and the basics of ultra-high vacuum science are also included.

This thesis describes the fabrication and characterization of GaN homojunction visible-blind ultraviolet (UV) p-i-n avalanche photodiodes (APDs) grown by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) on free-standing bulk GaN substrates. The objective of this research is to develop GaN UV p-i-n APDs with high linear-mode avalanche gains and the Geiger-mode operation for single photon detection. Low noise, high responsivity, and high detectivity are also required for fabricated APDs used as photodiodes in the photovoltaic mode (zero bias) and the photoconductive mode (low reverse bias). High material defect density and immature fabrication technology have hampered the development of III-nitride APDs in the past. In this thesis, sidewall leakage reduction methods have been developed to achieve significant improvement in dark current density, noise performance, and photo detection performance. A record linear-mode avalanche gain > 10⁵ for GaN APDs was demonstrated at λ = 360 nm. The first Geiger-mode deep UV (DUV) APD using front-illuminated homojunction p-i-n diode structure on a free-standing bulk GaN substrate was also measured with single photo detection efficiency (SPDE) of 1.0 % and dark count probability (DCP) of 0.03 at 265 nm. The performance of fabricated homojunction GaN p-i-n photodiodes was also evaluated in the photoconductive mode as well as the photovoltaic mode. For an 80-µm-diameter device biased at - 20 V (in the photoconductive mode) the dark current density is lower than 40 pA/cm² which is the lowest value achieved for any III-nitride photodiode so far. Its responsivity is 0.140 A/W at 360 nm with an ultraviolet-visible rejection ratio of 8×10³. The room-temperature noise equivalent power is 4.27×10 ⁻¹⁷ W-Hz-[superscript 0.5] and the detectivity D* is 1.66×10¹⁴ cm-Hz[superscript 0.5]-W ⁻¹ at - 20 V. The minimum detectable optical power is as low as 100 fW. They are among the best values reported for reverse-biased GaN p-i-n photodiodes to date.

The design and construction of a state-of-the-art ultra-high vacuum spectrometer for the performance of angle-resolved inverse photoemission spectroscopy is presented. Detailed descriptions of its most important components are included, especially the Geiger-Muller ultraviolet photodetectors. By building on recent developments in the literature, we expect our spectrometer to achieve resolution comparable or superior to that of other prominent groups, and in general be one of the foremost apparatus for studying the momentum dependence of the unoccupied states in strongly correlated materials. Summaries of the theory of angle-resolved inverse photoemission spectroscopy and the basics of ultra-high vacuum science are also included.

Thesis (M. S.)--Nuclear and Radiological Engineering, Georgia Institute of Technology, 2009. / Committee Chair: Hertel, Nolan; Committee Member: Ansari, Armin; Committee Member: Wang, C.K. Chris

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:51Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:08:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 04995.pdf: 5445247 bytes, checksum: 94d30480189048c6bb746a9db426ad86 (MD5) / Dissertacao(Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:27:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:08:06Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2016-04-08T12:38:10Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2016-04-08T12:38:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:51Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:08:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 04995.pdf: 5445247 bytes, checksum: 94d30480189048c6bb746a9db426ad86 (MD5) / Dissertacao(Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:27:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:08:06Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Foram estudadas as respostas de 76 detectores Geiger-Müller, 4 detectores semicondutores e 34 câmaras de ionização. Muitos deles foram calibrados em feixes de radiação gama (37Cs e 60Co) e alguns foram testados em feixes de radiação beta (90Sr+90Y e 204Tl) e X (N-60, N-80, N-100, N-150). Para os três tipos de radiação, foram obtidos os fatores de calibração dos instrumentos e foi estudada a dependência tanto energética como angular destes detectores. Para radiação gama e beta foi estudada a dependência angular para ângulos de 00 e ± 450. Foram ainda obtidas as curvas da resposta dos instrumentos em relação a uma varredura angular de 00 e ± 900, para radiação gama, beta e X. Também foram analisados os fatores de calibração obtidos para radiação beta em relação à radiação gama. Para radiação gama, dos 66 detectores Geiger-Müller estudados, 24 apresentaram resultados para a dependência energética de acordo com a recomendação internacional da ISO 4037-2 e 56 estão de acordo com a recomendação brasileira da ABNT 10011. As câmaras de ionização e os semicondutores estão de acordo com as recomendações nacional e internacional. Todos os instrumentos apresentaram dependência angular menor que 40%. Para radiação beta, os instrumentos apresentaram resultados insatisfatórios para a dependência energética e angular; Para radiação X, as câmaras de ionização apresentaram resultados para dependência energética de acordo com a recomendação nacional, e a dependência angular foi menor que 40%. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2016-04-08T12:38:10Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2016-04-08T12:38:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Uma série de testes foi aplicada a medidores portáteis de radiação ionizante para altas taxas de kerma no ar, especificamente medidores do tipo teletector. Estes detectores são do tipo Geiger Müller e são utilizados em rotinas de proteção radiológica em aceleradores, reatores, fontes de alta atividade e ainda em situações de emergência no Brasil, assim como em outros países. Também são encaminhados para calibração no Instituto de Pesquisa Energéticas e Nucleares (IPEN) e foram analisados para estabelecer parâmetros de comportamento destes detectores, especificando as suas sensibilidades e suas características operacionais. Foram realizados testes de variação da leitura dos equipamentos com a tensão da bateria, efeito de geotropismo, dependência energética, dependência angular. Com este testes foi possível determinar as características mais comuns e importantes destes equipamentos permitindo a elaboração de um programa de controle de qualidade. Foram calibrados 17 teletectors durante este trabalho e destes, 10 foram testados. Os testes foram realizados para caracterizar o sis tema gama de irradiação (dosimetria de feixe de radiação) que possui maior atividade e permite testes em medidores do tipo teletectors em uma maior faixa de medição. Desse modo foi feito o aperfeiçoamento do programa de controle de qualidade de medidores portáteis de radiação ionizante para altas taxas de kerma no ar no LCI, oque beneficiou os usuários deste tipo de equipamento, e ainda com medições e calibrações mais consistentes e com melhor controle de qualidade dos processos. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP