Yeni nesil ince filmler ile optoelektronik uygulamaların araştırılması
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Nanoteknoloji ve Nanotıp A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2014
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: MEHMET DENİZ ÇALIŞKAN
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): ŞADAN ÖZCAN
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Tez çalışmamda temel olarak metal oksit ince film malzemeler kullanılarak üretimi kolay ve ucuz morötesi fotodedektörler geliştirilmesi ve bu aygıtlar üzerine işlenen nano yapılar ile aygıt performansının kontrollü iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla çalışmamda, literatürde morötesi fotodedektör aygıtları yapımında kullanılan Titanyum Dioksit (TiO2) ve Çinko Oksit (ZnO) malzemeleri seçilmiştir. Bu malzemelerin üretimi için kolay ve ucuz bir yöntem olması açısından fiziksel kaplama metodu olarak saçtırma yöntemi kullanılması tercih edilmiş ve üretimi kolay ve ucuz olacak aygıt tipleri ve üretim teknikleri kullanılmıştır. Çalışmanın ilk safhasında TiO2 ince filmlerin üretimi ve aygıt üretim sürecinin optimizasyonu yapılmıştır. Isıl işleme veya Oksijen plazmasına tabi tutulmuş ince filmlerin özellikleri incelenmiş ve bu ince filmler ile üretilen fotodedektörlerin performansları karşılaştırılmıştır. Isıl veya plazma işlemlerine tabi tutulmuş ince filmler ile üretilen fotodedektörlerin performansının hiç işlem görmemiş fotodedektörlere göre belirgin bir fark göstermediği sonucuna varılmıştır. 50 V'dan yüksek kırılma gerilimleri, 2.1x10-8 A/cm2 gibi oldukça düşük bir karanlık akım yoğunluğu, 1.8 A/W gibi yüksek bir fotocevap, %1750 mertebesinde iç kuvantum verimi ve 9 s yükselme, 3.5 s düşme zamanları elde edilmiştir. Bu sonuçlar literatür ile karşılaştırıldığında ısıl veya plazma işlemlerine tabi tutulmuş aygıtlar ile aynı seviyede değerler olmasına karşın ince filme büyütme sonrası herhangi bir işlem yapılmaksızın üretilebildiği için üstünlük sağlayan sonuçlardır. Çalışmanın ilerleyen aşamalarında bu yüksek performanslı, kolay ve ucuz üretim yöntemleri ile üretilmiş fotodedektörler üzerine nanoplazmonik yapılar tasarlanmış ve bu fotodedektörlerin izgesel cevabının uygulamaların ihtiyacına göre değiştirilebileceği gösterilmiştir. Nanoplazmonik yapıların fotodedektör ile entegre edilmesi ile fotodedektörün UVB bandındaki fotocevabı %60 mertebesinde düşürülerek morötesi fotodedektörlerde izgesel fotocevabın nanoplazmonik yapılar ile izgesel cevaplarının soğurma bölgesi içerisinde uygulama ihtiyacına göre modifiye edilebileceği, daha çok yakın kızılötesi ve görünür dalgaboylarında uygulanan nano plazmonik filtrelerin morötesi bölgesinde de uygulanabileceği gösterilmiştir. Kaplandığı hali ile ZnO ince filmler ile de benzer şekilde fotodedektörler üretilmiştir. Bu aygıtlar ile yine 100 V'tan büyük kırılma gerilimine sahip ve 100V'ta 100 pA/cm2 gibi literatürdeki değerlere göre çok düşük karanlık akım yoğunlukları ölçülmüştür. 22 ps yükselme ve 8 ns düşme zamanları ile çok yüksek hızlarda çalışabilen, 0.35 A/W gibi kabul edilebilir seviyede fotocevap verebilen bir morötesi fotodedektör üretilmiştir. Bir diğer çalışma ise ZnO ince filmlerin üretimi sırasında Ge nanoparçacıklarının katkılanması ile elde edilen ince filmlerin optik ve elektro-optik özelliklerinin değişiminin incelenmesidir. Üretilen ince filmlerin karakterizasyonlarının yanısıra bu ince filmler ile fotoiletken, Silisyum ile heteroeklemli ve literatürde örneği görülmeyen, TiO2 ince filmler ile heteroeklemli aygıtlar üretilerek bu aygıtların optoelektronik özellikleri incelenmiştir.