Design and implementation of perforation on high fill factor structures for uncooled infrared sensors
Perforasyon içeren yapıların kızılötesi sensörler için yüksek doluluk oranlı yapılara tasarımı ve uygulaması
- Tez No: 442070
- Danışmanlar: PROF. DR. TAYFUN AKIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, soğutmasız detektörler için yüksek doluluk oranlı yapılar üzerine perforasyon (delikli yapılar oluşturma) tasarım ve uygulamasını sunmaktadır. Çalışmada, temelde, perforasyonun soğutmasız detektörlerin kızılötesi emilim performansına etkisi incelenmektedir. Literatürde, son zamanlarda piksel boyutlarının küçültülmesi yönünde genel bir eğilim mevcuttur. Küçültmeden kaynaklı problemlerin çözümü için ise şemsiye yapılarının kullanımı önerilmektedir. Bu tezde bu yapıların ayrıca delikli hale getirilerek kızılötesi emilim performansının artırılması amaçlanmaktadır. Delikli yapılar, bu işlevi dışında, ısıl zaman sabitinin iyileştirilmesi, detektörün vakum gereksinimlerinin azaltılması ve özellikle şemsiye yapılarının altında bulunan diğer yapıların aşındırılmasında kolaylık sağlaması için de önerilmektedir. Bu tez çerçevesinde yapılan çalışmalarda, öncelikli olarak elektromanyetik benzetim maliyetini düşürmek için kanonik bir yapı önerilmiştir. Kanonik yapı sadece delikli yapıları içeren bir şemsiye yapısı olarak seçilmiştir. Perforasyon ile ilgili boyutlar uzun dalga kızılötesi (Long Wave Infrared, LWIR, (8-12) µm) emilim aralığı için basamaklı iletim yolu yöntemi (Cascaded Transmission Line, CTL) ve yüksek frekans için yapısal çözümleme yapabilen ticari bir program (High Frequency Structural Simulator, HFSS) kullanılarak optimize edilmiştir. Bu arada şemsiye yapısında gömülü, elektromanyetik emilimi yüksek olan Nikrom malzemesi temassız ve malzemeye zarar vermeyen bir yöntemle karakterize edilip benzetim programına gömülmüştür. Optimize edilen perforasyon oranı %50 olarak belirlenmiştir, yani perforasyon açıklığının yine perforasyon periyoduna oranı 0,5 olarak optimize edilmiştir. Bu değer aşılmadığı sürece delikli şemsiye yapısının (8-12)µm aralığındaki emilim performansının en kötü ihtimalle korunduğu gözlemlenmiştir. Buradan elde edilen sonuçlar neticesinde, %50 perforasyon oranı, yüksek performanslı mikrobolometre piksellerine uygulanmış ve aynı şekilde emilim performansının değişmediği gözlemlenmiştir. Ölçümler neticesinde (8-12) µm emilim aralığındaki kızılötesi dalga emilim oranının %90 civarında olduğu ayrıca gözlemlenmiştir. Bir diğer konu ise, perforasyonun ısıl zaman sabitine olan etkisi, ısıl benzetimler neticesinde bu zaman sabitindeki olası iyileşmenin %10 'dan fazla olabileceği hesaplanmıştır.
Özet (Çeviri)
This thesis presents the design and implementation of the perforation on high fill factor structures; e.g., umbrella structures, for uncooled infrared detectors. The study is mostly focused on the effect of the perforation on the absorption performance of the sensor pixels. The introduction of the perforation to the umbrella structure is expected to improve the absorption performance which can be degraded due to a trending issue nowadays, the pixel size reduction. In literature, perforation is also proposed to decrease the thermal time constant, to relieve the low vacuum requirements and to ease the etching of the underneath layers. Within the scope of this study, a canonical topology including only the perforated umbrella structure, but still resembling to the full pixel case, is designed, optimized and fabricated successfully. The canonical topology is used for the optimization of the perforated structures to have a high enough, broadband absorption rate in the LWIR (Long Wave Infrared, 8μm-12μm) range using the Cascaded Transmission Line (CTL) technique and the commercial High Frequency Structural Simulator (HFSS) program. The LWIR is the optimized infrared range to get images of the objects having a body temperature around 300 Kelvin. Through these optimizations, a perforation ratio of 50%; i.e., the ratio of the perforation size to the period size is equal to 0.5, is advised to be the optimized value both to have a good absorption performance and also to benefit from other improvements that the perforation offers. The Frequency Transform Infrared (FTIR) spectroscopy results of a successful implementation of perforation on high performance pixels is presented, an average of 90% absorption rate is obtained in the LWIR range. Additionally, a contactless and non-destructive characterization of the absorbing Nichrome (NiCr) layer is presented. Also an improvement by more than 10% with the thermal time constant with the introduction of the perforation is proved through thermal simulations.
Benzer Tezler
- Kredi kartları riskleri ve güvenlik önlemlerinin sigortacılık açısından incelenmesi
Research on the risks of credit cards and security implementations in the view of insurance
AYŞEGÜL BÖLÜKBAŞI
- İzmir'de bazı yolların kapatılarak yaya bölgeleri oluşturma da kent peyzajını geliştirme açısından yeniden planlanması üzerinde araştırmalar
Başlık çevirisi yok
BAHAR TÜRKYILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Şehircilik ve Bölge PlanlamaEge ÜniversitesiŞehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
- Ağızlık açma mekanizmalarının tasarımı
Başlık çevirisi yok
RECEP EREN
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiUludağ ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HALİL R. ALPAY
- Sonbahar sera yetiştiriciliğine uygun hıyar çeşit seçimi
Selecting a cucumber variety suitable for glasshouse production in Autumn
MESUT OKTAY
- İki katlı pamuk ipliklerinden dokunan kumaşlarda örgüye bağlı olarak maksimum atkı sıklığının değişimi üzerinde bir araştırma
Başlık çevirisi yok
MELTEM ASLI NARTER
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiEge ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜNGÖR BAŞER