Atomic layer deposition based titanium alloying of ZnO for microbolometer applications
Mikrobolometre uygulamaları için çinko oksidin atomik katmanlama yöntemiyle titanyum ile alaşımlanması
- Tez No: 434227
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. ALİ KEMAL OKYAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 74
Özet
Mikrobolometreler düşük maliyetliliği, CMOS prosesine uygunluğu, foton detektörleriyle karşılaştırılabilir performansından dolayı, hem ticari hem de tüketici elektroniği uygulamaları için soğutmasız kızılötesi detektörler arasında en iyi adaydır. Direnç tipi mikrobolometrelerin en önemli bölümü sıcaklığa duyarlı aktif malzemedir. Bu sıcaklığa duyarlı bölüm sayesinde elektrik sinyalindaki değişim, okuma devresi tarafından okunur ve termal görüntü oluşturulur. Literatürdeki birçok çalışmada çinko oksidin sıcaklığa bağlı direnç değişim katsayısının oldukça yüksek olduğu rapor edilmiştir. Fakat hala sıcaklıkla değişmeyen TCR özelliği elde edilememiştir. Bu çalışmada çinko oksidin TCR özelliğinin geliştirilmesi için titanyumla katkılama önerilmiştir. Çünkü titanyumdioksit metal oksitlerin Ellingham diyagramına göre her sıcaklıkta çinko oksitten termodinamik olarak daha kararlıdır. Titanyum, çinko oksit yapısı içerisinde oksijene bağlı kusurların azaltılmasını ve dolayısıyla çinko oksidin TCR özelliğinin geliştirilmesini sağlayabilir. Titanyum katkılı çinko oksit ince filmler, atomik katman biriktirme yöntemiyle büyütülmüştür. %2.5, %5.9 ve %12.2 titanyum içeren çinko oksit ince filmler elde edilmiştir. Büyütülen ince filmlerin malzeme karakterizasyonu yapılmıştır. Büyütülen filmlerden mikro direnç yapıları üretmek için ilk önce silikon alttaş Piranha-HF ve solvent temizliğine tabi tutulmuştur. Daha sonra alttaş ile direnç yapısı arasındaki elektriksel izolasyonu sağlamak için, plazma yardımcılı kimyasal buhar biriktirme yoluyla silikon oksit katmanı kaplanmıştır. Daha sonra atomik katman biriktirme yöntemiyle titanyum katkılı çinko oksit büyütülmüştür. Bu katman fotolitografi yoluyla şekillendirilmiş ve kontak metali termal buhar biriktirme yoluyla kaplanmıştır. Üretilen mikro dirençlerin ilk önce akım-voltaj karakterizasyonu daha sonra sıcaklığa bağlı direnç katsayısı ölçümü yapılmıştır. Malzemenin özdirenci yaklaşık olarak hesaplanmıştır. Üretilen yapılar sıcaklıkla değişmeyen ve yüksek sıcaklığa bağlı direnç katsayısına sahiptir.
Özet (Çeviri)
Microbolometers are attractive candidates for both military applications and consumer electronics among the uncooled thermal detectors due to their compactness, low cost, comparable performance with photon detectors and CMOS compatibility. The temperature sensitive active material is the most important part of resistive type microbolometers where change in electrical response occurs upon IR radiation. Typical active materials used for this purpose are YBCO and VOx. It was reported in several studies that ZnO has higher TCR value than commercially available active materials. However a temperature insensitive TCR property has not been achieved yet. To improve the TCR property of ZnO, doping with Titanium is proposed in this work. According to Ellingham diagram of oxides which is used generally in extractive metallurgy, it is obvious that titanium oxide is more stable than zinc oxide. Therefore doping with Titanium may reduce oxygen related defects and improve TCR property. Atomic layer deposition (ALD) is used for digital alloying of ZnO with Titanium. Titanium doped ZnO (TZO) films with Ti concentrations 2.5\%, 5.9\% and 12.2\% were deposited using precursors diethylzinc, mili-Q water and tetrekis(dimethylamido)titanium. Then intrinsic defect related elemental characterization were made. Effect of Titanium doping on structure of TZO thin films was discussed. After material characterization, planar microresistors were fabricated in UNAM cleanroom facility. Piranha-HF and solvent cleaning of silicon substrate were performed before microfabrication. Vaksis Handy Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) was used to deposit insulation layer on silicon wafer. Photolithograpy steps were performed using Laurell Spinner system and EVG 620 mask aligner to pattern TZO thin film. Then contact material metallization was performed using Vaksis MIDAS Thermal Evaporator system. Current-voltage characterization of microfabricated resistors was performed before Temperature Coefficient of Resistance (TCR) measurements to see the contact type resistors. Then TCR measurements were done between 15C and 25C by applying constant current to the contact pads of resistor. Approximate resistivity values of 5 different samples were calculated. It is shown that proposed TZO active material for resistive type microbolometers has a temperature insensitive and high TCR value.
Benzer Tezler
- Etkin osteointegrasyon amaçlı alümina membran ile kaplanmış titanyum implantların üretilmesi
Fabrication of alumina membrane coated titanium implants for effective osteointegration
PINAR ERTÜRK
Doktora
Türkçe
2025
BiyomühendislikTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATİH BÜYÜKSERİN
- Investigation of novel memristor-memtransistor devices for potential neuromorphic computing applications via alternative synthesis routes
Alternatif sentez yöntemleriyle potansiyel nöromorfik hesaplama uygulamaları için yeni nesil memristör memtransistör cihazlarının araştırılması
MUSTAFA YİĞİT ESEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiEskişehir Teknik ÜniversitesiElektromanyetik Alanlar ve Mikrodalga Tekn. Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FERİDUN AY
- Ultrathin titanium dioxide coatings on carbon nanotubes for stable lithium oxygen battery cathodes
Ultra ince titanyum dioksit kaplı dayanıklı lityum oksijen pili katotu
FARUK OKUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Mühendislik Bilimleriİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. EDA YILMAZ
- Perovskit güneş hücrelerinde nb katkılı elektron taşıma katmanının tavlama sıcaklığının performansa etkisi
Effect of annealing temperature of NB-doped electron transport layer on the performance of perovskite solar cells
ÖZNUR ARSLAN
Doktora
Türkçe
2025
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BARIŞ KINACI
- Surface modification of titanium hard tissue implants by magnesium doping
Titanyum sert doku implant yüzeylerinin magnezyum katkılama ile modifikasyonu
OKAN MAZMANOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATMA NEŞE KÖK
DOÇ. DR. MUHAMMET KÜRŞAT KAZMANLI