Development of high performance uncooled infrared detector materials
Yüksek performanslı soğutmasiz kızılötesi duyarga malzemelerinin gelistirilmesi
- Tez No: 285618
- Danışmanlar: DOÇ. DR. RAŞİT TURAN, PROF. DR. TAYFUN AKIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2011
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 88
Özet
Bu tez çalışmasında, magnetron sıçratma ile kaplama yöntemi kullanılarak vanadyum oksit filmlerin kızılötesi aktif dedektör malzemesi olarak kullanılabilecek şekilde geliştirilmesi ve geliştirilen malzeme kullanılarak mikrobolometre dedektörüne uygun direnç üretimi anlatılmaktadır. Vanadyum oksit, yüksek direnç sıcaklık sabiti, düşük gürültü değeri ve makul direnç değeri ile tercih edilen bir kızılötesi duyarga malzemesidir. Ayrıca dünyanın teknolojide önde gelen, bir çok kızılötesi duyarga üreten firmaları da bu malzemeyi kullanmaktadır. Dünyada ilk kez Honeywell şirketi tarafından üretilen vanadyum oksit mikrobolometrelerin bu şirket tarafından patenti alınmıştır ve literatürde Honeywell'in vanadyum oksit kaplama reçetesi hakkında çok fazla bilgi verilmemiştir. Bu çalışmayla, mikrobolometreler için vanadyum oksit malzemesi üretimi ODTÜ'de ilk kez yapılmıştır.Vanadyum oksit üretimi öncelikle, magnetron sıçratma sistemindeki parametrelerin ODTÜ'de üretilen mikrobolometrelerin okuma devresine uygun olacak şekilde ayarlanmasıyla başlanmıştır. Okuma devrelerine en uygun direnci veren kaplama reçetesi elde edilmiştir. Bu reçeteyle üretilen dirençlerde, vanadyum oksitin çok yüksek kaplanma sıcaklığından dolayı elektrotlarda difüzyon gözlenmiştir. Bu difüzyonu önlemek için de elektrotlarda farklı malzemeler denenmiştir.Vanadyum oksitin malzeme karakterizasyonu XRD ve XPS yöntemleri kullanılarak yapılmıştır. Bu sonuçlar göstermiştir ki, V2O5, yüksek direnç ve yüksek TCR özelliği gösteren malzeme, tavlama işlemi görmüş veya yüksek oksijenle katkılanmış dirençlerde ortaya çıkmaktadır. Bunun yanı sıra malzemeyle TCR ve gürültü testleri yapabilmek için direnç yapılar oluşturulmuştur, bunun için elektrotların ve vanadyum oksitin oyma işlemlerinin ayarlanması yapılmıştır. Elektrotlardaki difuzyon probleminin getirdiği sorunlardan kurtulmak için yeni bir direnç üretim akışı tasarlanmıştır. TCR sonuçları göstermiştir ki, tavlama, dirençlerin TCR değerlerini artırmaktadır. İki farklı koşulda üretilmiş, düşük dirençli yapılar, tavlanmadan once sırasıyla: -0.74%/K, -0.8 %/K TCR değerlerini alırken; tavlandıktan sonra TCR değerleri: -1.6 %/K and 4.35%/K olmuştur. Yüksek TCR değerleri bulunmuş olsa da, malzemenin gürültü değerleri beklenenin çok üstünde çıkmıştır, bu durum malzemenin daha iyi tanınması için, üzerinde daha çok çalışılması gerektiğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
This thesis reports both the optimizations of the vanadium oxide (VOx) thin film as an active infrared detector material by the magnetron sputtering deposition method and its use during fabrication of proper resistors for the microbolometers. Vanadium oxide is a preferred material for microbolometers, as it provides high TCR value, low noise, and reasonable resistance, and a number of high-tech companies have used this material to obtain state-of-the-art microbolometer arrays. This material is first used in microbolometers by Honeywell, who provides its recipe with license agreements, and there is not much information in the literature for its deposition recipe. This is the first study at METU for development of vanadium oxide thin film for microbolometers.The VOx material deposition studies started by identifying the deposition parameters of the magnetron sputtering system in order to obtain proper VOx resistors for the readout electronics. The obtained recipe includes high temperature deposition conditions of VOx, however, this causes a diffusion problem on the electrodes, preventing to obtain a good contact to VOx. Also, high oxygen level in the depositions makes a contamination on the electrodes. A number of studies were done to determine a proper electrode material which is proper with the deposition conditions of the VOx.Characterization of the vanadium oxide samples is done by XRD and XPS measurements to see the relation between the phases and resistivity of the vanadium oxide. It is known that V2O5 phase provides a high TCR and resistivity value, and the XRD results show that this phase is dominant in the highly-oxygen doped or annealed resistors. The TCR and noise measurements are done using resistors implemented with the developed VOx film, after the etching processes of the both VOx and the electrodes are optimized. The contamination on the electrodes is prevented by the help of a newly designed process. The TCR measurement results show that annealing of the resistors affect the TCR values, i.e., increasing the annealing duration increases the TCR values of the resistors. Two different resistors with different deposition conditions are annealed to see the effect of annealing, where TCR results of the resistors are -0.74%/K and -0.8 %/K before annealing. The TCR values of these resistors increase to -1.6 %/K and -4.35 %K, respectively, after annealing in same conditions, showing that both the deposition conditions and annealing change the TCR significantly. Although good TCR values are obtained, the noise values of the VOx resistors are much higher than the expected values, which suggest a further study to determine the cause of this noise.
Benzer Tezler
- Development of high performance active materials for microbolometers
Mikrobolometreler için yüksek başarımlı aktif malzemelerin geliştirilmesi
NUMAN EROĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAŞİT TURAN
PROF. DR. TAYFUN AKIN
- Development of high fill factor and high performance uncooled infrared detector pixels
Yüksek etkin alanlı ve yüksek performanslı soğutmasız kızılötesi detektörlerinin geliştirilmesi
ŞENİZ ESRA KÜÇÜK
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. TAYFUN AKIN
- A High fill factor CMOS uncooled infrared microbolometer detector
Yüksek etkin alanlı CMOS soğutmasız kızılötesi mikrobolometre dedektörü
MAHMUD YUSUF TANRIKULU
Yüksek Lisans
İngilizce
2002
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TAYFUN AKIN
- An uncooled infrared microbolometer detector array using surface micromachined mems technology
Yüzey mikroişleme mems teknolojisi ile soğutmasız kızılötesi mikrobolometre detektör dizini
MAHMUD YUSUF TANRIKULU
Doktora
İngilizce
2007
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN AKIN
- Development of small size uncooled infrared microbolometer pixel
Minyatür soğutmasız kızılötesi mikrobolometre pikseli geliştirilmesi
BARAN UTKU TEKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN AKIN
PROF. DR. RAŞİT TURAN