Development of high performance active materials for microbolometers
Mikrobolometreler için yüksek başarımlı aktif malzemelerin geliştirilmesi
- Tez No: 305189
- Danışmanlar: PROF. DR. RAŞİT TURAN, PROF. DR. TAYFUN AKIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics 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: 131
Özet
Bu tez çalışmasında, doğru akımlı reaktif magnetron birlikte sıçratma yöntemi kullanılarak, soğutmasız kızılötesi algılayıcılar için aktif algılayıcı malzeme vanadyum-tungsten-oksidin üretimi anlatılmıştır. Vanadyum-tungsten-oksit, soğutmasız kızılötesi algılayıcı uygulamaları için yüksek direnç sıcaklık sabiti, düşük gürültü özellikleri ve düşük özdirenç değeri ile öne çıkmış vanadyum-oksit malzemesinin katkılanmış şeklidir.Vanadyum-oksit bazı eksiklikleri ile beraber ürüne dönüştürülmüş soğutmasız kızılötesi algılayıcılar için büyük çapta tercih edilen bir malzemedir. Vanadyum-oksit üretimi, değişken malzeme özellikleri ve tek parçalı ve CMOS uyumlu yüzey mikro işleme için gerekli olan düşük sıcaklık ihtiyacı nedeniyle oldukça zordur. Bu nedenle, yüksek başarımlıdaha kolay üretilebilecek yeni bir malzemeye ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tez çalışması, soğutmasız kızılötesi algılayıcılar için aktif malzeme olarak yüksek başarımlı vanadyum-tungsten-oksidin geliştirilmesine yönelik ODTÜ'de yapılan ilk çalışmadır.Vanadyum-tungsten-oksit kaplama çalışmaları öncelikle magnetron sıçratma sisteminin kaplama değişkenlerinin etkilerinin ölçülmesi ile başlamıştır. Kaynaklardaki bilgilere göre tungsten katkılamanın en büyük etkisi % 10 seviyesinin altında gerçekleştiğinden, başlangıçta vanadyum için en yüksek, tungsten için en düşük kaplama oranı hedeflenmiştir.Direnç sıcaklık sabiti -2.48 %/K ve -3.31 %/K arasında ölçülmüş ve gürültü köşe frekansının 0.6 kHz den 8 kHz e kadar değiştiği gözlenmiştir. Vanadyum-tungsten-oksit ile alınan bu sonuçlara ilave olarak, çalışmalar sürecinde direnç, sıcaklık direnç sabiti, gürültü seviyesi ve direnç değişmezliği ile ODTÜ'de yapılan en iyi vanadyum-oksit kaplama reçetesine ulaşılmıştır. Vanadyum-tungsten-oksit malzemesinin yapısal tanısı XPS, XRD ve AFM teknikleri kullanılarak yapılmıştır.Sıçratma işlemi değişkenlerine ilave olarak, tavlama ve oksijen plazman uygulaması da incelenmiştir. Genel bir gözlem olarak tavlama işlemi, kaplanmış olan malzemenin özdirencini düşürürken, sıcaklık direnç sabitini ve gürültü davranışını da düşürmektedir. Kısa süreli oksijen plazma uygulaması kaplanan malzemenin gürültü davranışı açısından olumlu bir etki göstermektedir.Sandviç tipi direnç yapısı ile üretilen vanadyum-tungsten-oksit, ODTÜ'de diğer tezler kapsamında kullanılan itriyum-baryum-bakır-okside çok yakın fakat daha iyi bolometrik özellikler göstermiştir.
Özet (Çeviri)
This thesis reports the development of Vanadium Tungsten Oxide (VWO) film as an active detector material for uncooled infrared detectors by using the reactive DC magnetron co-sputtering method. VWO is a doped form of the Vanadium Oxide (VOx) which is known as a prominent material for uncooled infrared detectors with its high TCR, low resistivity, and low noise properties.VOx is a widely preferred material for commercialized uncooled infrared detectors along with its drawbacks. Fabrication is fairly difficult due to its unstable material properties and the need for low process temperatures for a monolithic, CMOS compatible surface micromachining process. Hence, a new material with high performance and easier fabrication is needed. This thesis is the first study at METU onthe development of high-performance VWO as an active detector material for uncooled infrared detectors.Deposition studies of VWO primarily started by measuring the effects of deposition parameters upon the magnetron sputtering system. Because the high effectiveness of the tungsten doping has been obtained for the doping level below 10% according to literary information, maximum vanadium (V) deposition rate together with minimum tungsten (W) deposition rate has been initially aimed.TCR of the VWO films has been measured between -2.48 %/K and -3.31 %/K, and the variation of noise corner frequency from 0.6 kHz to 8 kHz has been observed. In addition to these results of VWO, a favorable VOx recipe which has the highest performance done at METU in terms of resistance, TCR, noise and uniformity has also attained during the studies. Structural characterization of VWO is achieved using XPS, XRD, and AFM characterization techniques.Other than the sputtering parameters, post-annealing process and oxygen plasma exposure was examined as well. A general observation of the post-annealing is that it decreases not merely the TCR but also the noise of the deposited film. A short-period oxygen plasma exposure has a constructive effect on the noise behavior.Fabricated vanadium tungsten oxide with sandwich type resistor structure shows very close but better bolometric properties when compared with the yttrium barium copper oxide (YBCO), which is another material being studied in scope of other theses at METU.XPS, XRD and AFM characterization methods have been used for the structural characterization of vanadium-tungsten-oxide.
Benzer Tezler
- Development of high performance uncooled infrared detector materials
Yüksek performanslı soğutmasiz kızılötesi duyarga malzemelerinin gelistirilmesi
BAŞAK KEBAPÇI
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RAŞİT TURAN
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
- 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
- Mikrobolometre uygulamaları için tungsten katkılı vanadyum oksit ince filmlerinin sentezi
Tungsten doped vanadium oxide thin films synthesis for microbolometer applications
ÖZER ÇELİK
Doktora
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
DOÇ. MEMED DUMAN
- 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