A microbolometer detector based on a sol-gel technology
Sol jel teknolojisine dayalı mikrobolometre dedektörü
- Tez No: 338598
- Danışmanlar: PROF. DR. TAYFUN AKIN, DOÇ. DR. CANER DURUCAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Kimya Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- 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: 132
Özet
Bu çalışmanın amacı mikrobolometre için yüksek performanslı bolometrik malzeme geliştirilmesidir. Vanadyum oksit, yüksek direncin sıcaklıkla değişim katsayısına (TCR), düşük 1/f gürültü performansına ve tümleşik okuma devresi (ROIC) ile uyumlu özdirence sahip olması sebebiyle geliştirilmesi planlanan bolometrik malzeme olarak seçilmiştir. Çeşitli üretim teknikleri arasından sol-jel yöntemi, kullanılan ekipmanın basitliği, yüksek biriktirme hızı, iyi kimyasal homojenlik elde edilebiliyor olması gibi yararlarından dolayı kullanılacak yöntem olarak seçilmiştir. Vanadyum metal tozunu hidrojen peroksit içerisinde çözündürme işlemi, takip edilecek sol-jel yöntemidir. Çeşitli deneylerden sonra, sol oluşturma ve VOx ince film kaplama basamakları optimize edilmiş ve Si/SiNx tabanları üzerine başarılı kaplamalar elde edilmiştir. VOx ince filmlerin yüzey direnci, kalınlığı, özdirenci, morfolojisi ve fazı, karakterize edildikten sonra, düşük özdirenci olması nedeniyle vanadyum pentoksit jel (V2O5.nH2O, n?1,8) fazı kullanarak mikrodirenç yapıları başarıyla üretilmiştir. Bu çalışma V2O5.nH2O fazının mikrobolometrede IR aktif malzemesi olarak kullanılması bakımından literatürde bir ilktir. Direnç değerleri, 35 µm?lik piksele sığabilecek boyuttaki mikrodirençler için 100 k un altında olacak şekilde elde edilebilmiştir. V2O5.nH2O ince filmlerin ölçülen TCR değerleri -1,7 ile -2,4 %/ºC arasında değişmektedir. Elde edilen en düşük 1/f gürültü parametre (C_(1/f)) değeri 1,6x10-11dir. Mikrodirenç üretiminden sonra, geliştirilen sol-jel yöntemiyle biriktirilmiş VOx ince filmi, bolometrik malzeme olarak kullanarak 35 µm askıda tekli pikseller üretilmiştir. Tekli pikselin tepkiselliği, ısıl iletkenliği, ısıl zaman sabiti ve emilimi, sırasıyla 50.569 V/W, 3,37x10-8 W/K, 20,9 ms ve % 87 olarak ölçülmüştür. Bu performans değerleri, sol-jel yöntemiyle biriktirilen V2O5.nH2O ince filmin, okuma devresi üzerine üretilen mikrobolometre matrislerindeki kullanımını teşvik etmektedir. Dolayısıyla, okuma devresi üzerine, V2O5.nH2O ince filmin IR aktif malzeme olarak kullanıldığı 384x288 formatında mikrobolometre matrisi başarıyla üretilmiştir.
Özet (Çeviri)
The objective of this study is to develop a high performance bolometric material for microbolometers. The bolometric material to be developed was chosen as vanadium oxide due to its high temperature coefficient of resistance (TCR), low 1/f noise performance, and read out integrated circuit (ROIC) compatible resistivity. Among various deposition techniques, sol-gel method was decided to be implemented because of its various advantages such as simpler instrumentation, attainability of good chemical homogeneity, high deposition rate, etc. The route of dissolving metallic vanadium powder in hydrogen peroxide was determined as the sol-gel route to be followed. Having conducted various experimental runs, the sol formation and VOx thin film deposition steps were optimized and successful coatings on Si/SiNx substrates could be obtained. The sheet resistance, thickness, resistivity, morphology, and phase of VOx thin films heat treated at different temperatures upto 400ºC were characterized and then, successful microresistor structures could be fabricated by utilizing vanadium pentoxide gel (V2O5.nH2O with n?1.8) among the VOx phases as the bolometric material due its low enough resistivity (i.e. below 20 ?.cm). This is the first time in literature that V2O5.nH2O phase was used as an IR active material for microbolometers. The resistance values could be maintained below 100 k for microresistors that can be fit into a 35 µm pixel pitch. The TCR of V2O5.nH2O thin films was measured to be ranging between -1.7 and -2.4 %/ºC. The lowest 1/f noise parameter (C_(1/f)) that could be achieved is 1.6x10-11. After microresistor fabrication, suspended single pixels having 35 µm pitch were fabricated successfully by implementing the developed sol-gel deposited V2O5.nH2O thin film as the bolometric material. The responsivity, thermal conductance, thermal time constant, and absorptance of a single pixel were measured to be 50,569 V/W, 3.37x10-8 W/K, 20.9 ms, and 87 %, respectively. These performance values encourage to implement the sol-gel deposited V2O5.nH2O thin film into the large format microbolometer arrays, thus, a 384x288 microbolometer array on a ROIC in which the developed sol-gel deposited V2O5.nH2O was used as the IR active material was fabricated successfully.
Benzer Tezler
- A highly digital microbolometer roic employing a novel event-based readout and two-step time to digital converters
Mikrobolometreler için iki aşamalı zamandan sayısala dönüştürücü içeren ve asenkron çalışan yeni bir sayısal tümleşik okuma devresi
SHAHBAZ ABBASI
- 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
- A low-cost uncooled infrared imaging sensor using MEMS and a modified standard CMOS process
Düşük maliyetli soğutmasız kızılötesi detektör dizini
MEHMET ALİ GÜLDEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN AKIN
DR. SELİM EMİNOĞLU
- Uncooled infrared focal plane arrays with integrated readout circuitry using MEMS and standard CMOS technologies
MEMS ve standart CMOS teknolojileri ile entegre okuma devreli soğutmasız kızılötesi odak düzlem matrisleri
SELİM EMİNOĞLU
Doktora
İngilizce
2003
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TAYFUN AKIN
- Advanced circuit architectures for readout electronics of low-cost microbolometer focal plane arrays
Düşük maliyetli mikrobolometre odak düzlem matrislerinin okuma elektroniği için ileri seviye devre mimarileri
MUSTAFA HALUK ÇÖLOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN AKIN