MİKROBOLOMETRE UYGULAMALARI İÇİN TUNGSTEN KATKILI VANADYUM OKSİT İNCE FİLMLERİNİN SENTEZİ
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Nanoteknoloji ve Nanotıp A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2017
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: ÖZER ÇELİK
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): MEMED DUMAN
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu tez çalışmasının amacı mikrobolometre uygulamaları için tungsten katkılı vanadyum oksit aktif malzemesinin geliştirilmesidir. Vanadyum oksit (VOx) malzeme sahip olduğu yüksek TCR (Sıcaklıkla Direnç Değişim Katsayısı), düşük gürültü seviyesi ve uygun direnç değeri nedeniyle mikrobolometre uygulamalarında geniş kullanım alanı bulmaktadır. Birçok termal dedektör üreticisi VOx temelli aktif malzeme kullanarak mikrobolometre üretimini gerçekleştirmektedir. Vanadyum oksit malzemeye katkılanan tungsten oksit malzeme yardımıyla bolometrik özelliklerin iyileştirilmesi hedeflenmiştir. Üretim tekniği olarak reaktif DC magnetron sputter yöntemi tercih edilmiştir. Literatür çalışmalarından farklı olarak geçiş metali katkılamak yerine tungsten malzemenin en kararlı fazı olan oksit katkılanmış target ürettirilmiştir. Böylece film içerisine katkılanan tungsten metalinin tek bir fazda olması hedeflenmiştir. Kullanılan target malzemesinin farklı kaplama basıncında ve reaktif gaz akış miktarlarında akım histerisiz eğrileri oluşturularak optimum kaplama koşulları elde edilmiştir. Kullanılan kaplama sistemi için kaplama basıncının 1.4-2.5 mTorr ve reaktif gaz miktarının < %15 olduğu durumlarda optimum koşullar sağlanmıştır. Kaplanan aktif malzemenin TCR değeri 2.0 %-K-1 - 3.1 %-K-1 olarak elde edilmiştir. Gürültü yoğunluk spektrum ölçümlerinden kaplanan filmlerin köşe frekans değerleri belirlenmiştir. Yapılan ölçümlerden 5 μA akımındaki köşe frekans değerleri 110 Hz - 3.4 kHz bandında çıkmaktadır. TCR ve özdirenç homojenliği odak düzlem dizini (FPA) içerisinde < %1 olurken 6" disk seviyesinde < %10 olmaktadır. Geliştirilen filmin bolometrik özellikleri bakımından yüksek performans sağlayarak mikrobolometre uygulamaları için uygun olduğu değerlendirilmiştir. Yapısal karakterizasyon için XRD, XPS ve SEM-EDS teknikleri kullanılmıştır. Oda sıcaklığında ve farklı reaktif gaz akışlarında gerçekleştirilen kaplamalardan elde edilen filmlerin amorf yapıda olduğu belirlenmiştir. Kaplanan filmlerin tek bir vanadyum oksit fazında olmadığı, karma faz yapısında olduğu görülmüştür. Bu durum mikrobolometre üreticilerinin literatürde veridiği bilgi ile uyumludur. Taşıyıcı tipi ve yoğunluğu yapılan Hall etkisi ölçümleriyle belirlenmiştir. Taşıyıcı tipi n türü ve yük yoğunluğu 1017-1018 cm-3 olarak ölçülmüştür. Film büyüme karateristiği taban malzemesi üzerinde ve yüzeye dik olarak gerçekleşmektedir. Bu durumun düşük gürültü seviyelerinin yakalanmasında etken olduğu düşünülmektedir. Geliştirilen aktif malzeme kullanılarak 25 µm piksel adımlı çift katlı mikrobolometre dedektör fabrikasyonu yapılmıştır. Dedektör performans testleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan testlerde FPA ortalama gürültü seviyesi 9 μV olarak ve dedektör tepkiselliği ADC (analog digital converter) çıkış gerilimi cinsinden 87.2x106 V/W olarak ölçülmüştür. 25 fps görüntü alma hızında gerçekleştirilen ölçümlerde NETD 21.2 mK olarak elde edilmiştir. Bu sonuçlar geliştirilen malzemenin ve mikrofabrikasyon sürecinin yüksek performanslı mikrobolometre dedektör teknolojisinde kullanılabilir olduğunu göstermektedir.