Investigation, modeling and applications feasibility of the thermal crosstalk in High Tc transition edge bolometer arrays
Yüksek sıcaklık süperiletken bolometre dizilerinde termal bağlaşımın incelenmesi, modellenmesi ve uygulama olanakları
- Tez No: 180611
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. MEHDİ FARDMANESH
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2006
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 107
Özet
Başlık:Yüksek sıcaklık süperiletken bolometre dizilerinde termal bağlaşımın incelenmesi,modellenmesi ve uygulama olanaklarıYazar:Ali BozbeyŞimdiye kadar yüksek sıcaklık süperiletken geçiş kenarı bolometreleri (GKB) tekpiksellik algılayıcılar olarak kullanılmıştır. Son zamanlarda bazı gruplar 2-4 piksellikyüksek sıcaklık GKB dizileri üzerinde çalışmaktadır. GKB'lerin asıl uygulamaspektrumu uzak kızıl ötesi ve mm dalgaboyları olmasına rağmen, tepki analizi aynıolduğu için ölçümlerimizde pratik nedenlerden dolayı yakın kızılötesi lazer kaynağıkullanılmıştır.Bu çalışmada 4 piksellik YBa2Cu3O7-x geçiş kenarı bolometre dizileri tasarlanıpüretildi. Komşu aygıtlar arasındaki termal bağlaşımın incelenmesi, aygıtlardansadece birisinin lazer ile aydınlatılıp, maskelenmiş diğer aygıtların tepkilerininölçülmesiyle başarıldı. Maske olarak 400 nm gümüş kaplı 0.1 mm kalınlığında camkullanıldı. Maske tarafından kaynaklanabilecek termal etkilerin engellenebilmesi için,maske, aygıtlara değmeden, aygıtların üzerinde serbest duracak şekilde üretildi.Aygıtlar için darbeli lazer kaplama yöntemiyle 200 nm ve 400 nm kalınlıklarında,SrTiO3 ve LaAl2O3 alttaş üzerine yapılmış filmler kullanıldı.Bu tezde, termal bağlaşımın, alttaş maddesi, aygıt tasarımı, YBCO film kalınlığı,çalışma sıcaklığı ve modülasyon frekansı gibi aygıt parametrelerine olan bağımlılığıincelendi. Daha sonra, deney sonuçlarına dayanarak, 2 adet termal model önerildi.Bunlardan birincisi, sadece alttaş üzerinde yatay ısı dağılımını dikkate alan, hızlıtasarım maksatlı kullanılabilecek basit model, ikincisi ise, yatay ve dikey ısı yayılımınıve gümüş maskenin lazeri mükemmel engelleyememesini hesaba katan; dahaayrıntılı tasarım amaçlı ve bağlaşımın daha ayrıntılı incelenmesine olanak verenanalitik modeldir. Son olarak, termal bağlaşımın olası uygulama alanları önerildi vebunların yapılabilirliği gösterildi. Olası uygulama alanı olarak, bağlaşım tepkisininfazını ve büyüklüğünü kullanarak, elektriksel bağlantı yapmadan dizideki birden fazlapikselin tepkilerinin okunmasıdır.Yapılan nitel inceleme bolometre dizileri ile ilgili şimdiye kadar yapılmış en ayrıntılıincelemedir. Önerilen termal model, şimdiye kadar rapor edilenler içinde, deneysonuçlarına uyması, çeşitli aygıt parametrelerinin etkilerini açıklaması ve GKB dizileritasarlamada kullanılabilmesi açısından en güçlü modeldir. Önerilen tepki okumayönteminin ise yüksek sıcaklık süperiletkenlerinde çok katmanlı tasarımlar yapmanınzorluğu dikkate alındığında, bolometre dizilerinin tepki okuma elektroniklerininkarmaşıklığını azaltmasının önemi anlaşılmaktadır. Bu yöntem bolometre dizilerindeilk defa kullanılmıştır.
Özet (Çeviri)
Title:Investigation, modeling, and applications feasibility of the thermal crosstalk in High Tctransition edge bolometer arraysAuthor:Ali BozbeySo far, the high Tc transition edge bolometer (TEB) devices are mostly used as singlepixel detectors. Recently, there are a number of groups working on the 2-4 pixel arrayapplications of the high Tc TEB. Though the target spectrum of the TEB is far IR andmm-waves, we are using a near IR laser source in our investigation due to practicalreasons since the response analysis is similar.We have designed and implemented 4-pixel YBa2Cu3O7-x (YBCO) edge transitionbolometer arrays. The crosstalk study was made possible through the illumination of thesense-devices and measuring the voltage response of the blocked read-out device inthe same array. This was done using a silver coated shadow mask. In order to preventthermal artifacts created by the mask, the mask was made in free standing configurationon top of the devices. The devices were made of 200 nm and 400 nm thick pulsed laserdeposited YBCO films on SrTiO3 and LaAl2O3 substrate materials.In this thesis, we made the qualitative investigation of the dependence of the thermalcrosstalk on the various device parameters such as the substrate material, devicelayout, YBCO film thickness, operating temperature, and modulation frequency. Then,based on the experimental results, we proposed an analytical thermal model. Weproposed two models: i) Basic model, which takes into account only the lateral heatdiffusion in the substrate for quick design purposes ii)Analytical model, which takes intoaccount the lateral heat diffusion, vertical heat diffusion, and the effect of the leakinglaser radiation through the shadow mask, for detailed design purposes and verifying thequalitative analysis. Finally, we proposed and verified possible applications of thethermal crosstalk in TEB arrays. One proposed application of the crosstalk is theelectrical free read-out of the sense pixels by utilization of the unique dependence of themagnitude and phase of the response on the thermal crosstalk between bolometerpixels in an array.The qualitative investigation made in this study is the most detailed investigation aboutthe bolometer arrays and the proposed analytical model is the strongest among thereported ones so far in terms of fitting the experimental results, explaining the effects ofthe various parameters, and designing TEB arrays. The proposed crosstalk based read-out method is expected to decrease the read-out circuitry for possible TEB basedapplications. Since multilayer process is difficult to make in high Tc superconductors,decreasing the complexity of the read-out circuitry by half is even important and it is thefirst time that such a method is utilized including bolometer arrays made of differenttypes of materials.
Benzer Tezler
- Karbon tabanlı yeni hibrit nano-yapıların modellenmesi ve analizi
Modeling and analysis of carbon based new hybrid nano-structures
ÜNAL DEĞİRMENCİ
Doktora
Türkçe
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MESUT KIRCA
- Fabrication and characterization of negative curvature hollow core polymer optical fibers for near-infrared light guidance
Yakın kızılötesi ışık yönlendirmesi için dışbükey hollow core polimer optik fiberlerin üretimi ve karakterizasyonu
MAHMUDUR RAHMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ENGİN DURGUN
DR. MUSTAFA ORDU
- Characterization of adsorption-desorption properties of oxygen and water on mixed oxides
Karışık yapılı metal oksitlerde oksijen ve su adsorpsiyon-desorpsiyon özelliklerinin karakterizasyonu
CİHAN ATEŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DENİZ ÜNER
- Development of a computer program related to the methods of kınetıc analysıs of thermogravımetrıc data and its applıcatıon to the kınetıcs of thermal decomposıton and degradation of polymers
Termogravimetrik verilerin kinetik analiz metodlarına ilişkin bilgisayar programı geliştirilmesi ve polimerlerin degradasyon ve ısısal bozunma kinetiğine uygulanması
FATİH DOĞAN
- Yüksek frekans indüksiyon kaynaklı çelik borulardameydana gelen çatlaklara trız yaklaşımı
Utilizing the method of triz for crackings in high-frequency induction welded steel pipes
MERVE SEYYİTOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL YILMAZ TAPTIK