Characterization of conductive properties of thin films in terahertz region
İnce filmlerin iletkenlik özelliklerinin terahertz bölgesinde karakterizasyonu
- Tez No: 475019
- Danışmanlar: PROF. DR. HAKAN ALTAN, DOÇ. DR. CUMALİ SABAH
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 86
Özet
Terahertz bölgesinde ince filmlerin elektriksel ve optiksel karakterizasyonu hakkında neredeyse son otuz yıldır çalışılıyor.. Son birkaç yıldır terahertz bölgesinde optik elektronik alanında, vanadyum dioksit ve süperiletken gibi ince film üzerine çalışanlar için gelecek vaat edebilecek yeni bir dönemin kapıları açıldı. Vanadyum dioksitin ve süperiletkenlerin iletkenliği özellikle ilgi çekmektedir çünkü sıcaklık kritik sıcaklığın üzerine çıktığında vanadyum dioksitin iletkenliği değişmektedir ve aynı zamanda süperiletkenlerin de oda sıcaklığındaki iletkenliği düşük sıcaklıktaki iletkenliğinden farklıdır. Bu çalışmada yalıtkan yüzey üzerinde vanadyum dioksit ve süperiletken ince filmlerin iletkenliği laboratuarımızda geliştirilen ve katmanlı ortamların analitik ve nümerik modellemesi ile desteklenen spektroskopi sistemine dayalı deneysel metotlar kullanılarak incelenmiştir. Ek olarak, bu tip iletkenliği değiştirilebilen malzemeler, geçmişte büyük bir zorluk olan terahertz bölgesinde çalışabilen aletler geliştirmekte özel bir öneme sahiptir. Metamateryaller ve onların 2 boyutlu hali olan metayüzeyler bu boşluğu doldurmakta önemli bir role sahiptir. THz bölgesinde yttrium barium copper oxide (YBCO), altın ve vanadyum dioksit (VO2) in iletkenlik özellikleri analiz edildikten sonra, çeşitli metayüzey modelleri Computer Simulation Technoloy (CST) Microwave Studio kullanılarak simüle edilmiştir. Bu simülasyonlar materyallerin farklı iletkenlik özellikleri gösterdiği sıcaklıklarda yapılmıştır. Farklı sıcaklıklarda zamana dayalı spektroskopi yöntemleri kullanarak yapılan tek katmanlı YBCO, dörtlü çaprazlama yapılı işlenmiş altın ve YBCO film ve işlenmemiş VO2 ölçümleri ile karşılaştırılmıştır. Sıcaklığı kontrol etmek için kriyostat kullanılmıştır. Sonuç olarak YBCO filmin kritik sıcaklığının 90K olduğu ve bu sıcaklığın altında metal gibi davrandığı ortaya çıkmıştır. Sıcaklık azaltıldığında YBCO filmin iletkenliğinin arttığı gözlemlenmiştir. Böylece düşük sıcaklıklarda YBCO filmin iletkenliğinin yüksektir. Altının iletkenliği sıcaklığa bağlı değildir. Bunlara ek olarak VO2 filmin kritik sıcaklığı 340K yakınında bir değerdir ve kritik sıcaklığın altında yarıiletken durumdadır. Bu durumda THz radyasyonunu iyi geçirir. Ancak, kritik sıcaklığın üzerinde VO2 film THz radyasyonunu engeller çünkü bu sıcaklık ve üzerinde VO2 metalik duruma geçer. Farklı alt katmanlar kullanarak aynı yapıda işlenmiş VO2 filmin geçirgenliğini incelediğimizde iletkenlikte ki bu değişiklik belirgindir. Etalon etkisinin safir alt katmanda kaynaşık silika alt katmana göre daha belirgin olması bu malzemelerin kırıcılık indisinin belirlenmesine olanak sağlar.
Özet (Çeviri)
Electrical and optical characterization of thin films has been studied for almost the past thirty years in the terahertz region. In the last few years promising thin film candidates such as vanadium dioxide (VO2) and various superconductors have opened up a new era of possibilities in terahertz optical electronics. Vanadium dioxide's and superconductors conductivity is of particular interest since vanadium dioxide's conductivity changes when temperature is above the critical temperature and also conductivity of superconductors at room temperature differ from those at low temperature. In this study, the conductivity of thin films made of vanadium dioxide, superconductors on dielectric (sapphire, fused silica) substrates was investigated using experimental methods based on in-house developed spectroscopy systems aided by analytical and numerical simulations of the layered media. Furthermore, such conductivity tunable materials can be especially important for developing devices that work in the terahertz region which historically has been a challenge. Metamaterials and two dimensional type of metamaterials called metasurfaces have an important role to fill this so called THz Gap. After analyzing the conductive properties of films based on yttrium barium copper oxide (YBCO), gold and VO2 in the THz region various metasurface designs were simulated for THz transmission using commercially available software, Computer Simulation Technology (CST), Microwave Studio. The simulations were carried out at the various temperatures where the materials showed unique conductive properties and compared to measurements done for single layer YBCO, quadcross shape patterned gold and YBCO film, as well as unpatterned VO2 at different temperatures by using terahertz (THz) time domain spectroscopy (TDS) system. A closed cycle cryostat is used for controlling the temperature. Therefore, it is found that critical temperature of YBCO film is nearly at 90K and below the critical temperature YBCO film behaves as metal. When temperature is decreased, conductivity of YBCO film increases. Therefore at low temperatures YBCO film has high conductivity. Moreover, in these measurements the conductivity of gold film did not change with temperature. In addition to these, critical temperature of VO2 film is found nearly at 340 K. Below the critical temperature VO2 film is in the insulating state and it is transparent to THz radiation. However, above the critical temperature it blocked THz radiation because it is in the metallic state. This change in conductivity is also evident when examining the transmission using different substrates with the same patterned VO2 film whereby an etalon effect was more pronounced for sapphire than fused silica allowing for the determination of the refractive index of these substrates.
Benzer Tezler
- Solution-processed thin film deposition and characterization of multinarychalcogenides: Towards highly efficient Cu2BaSn(S,Se)4 solar devices
Solüsyon yöntemiyle sentezlenmiş çok elementli kalkojenitlerin ince film kaplama ve karakterizasyonu: Yüksek verimli Cu2BaSn(S,Se)4 bazlı güneş soğuran cihazlara doğru
BETÜL TEYMUR
Doktora
İngilizce
2022
EnerjiDuke UniversityMalzeme Bilimi ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DAVİD B.MİTZİ
- Terahertz imaging applications and characterization of ITO thin films grown by magnetron sputtering
Terahertz görüntüleme uygulamaları ve mıknatıssal saçtırma ile büyütülen ITO ince filmlerin karakterizasyonu
HASAN KÖSEOĞLU
Doktora
İngilizce
2020
Bilim ve Teknolojiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LÜTFİ ÖZYÜZER
- İletken polimerik nanokompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
Manufacturing and characterization of conductive polimeric nanocomposites
ZAFER YENİER
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Makine MühendisliğiEge ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MEHMET SARIKANAT
- Yaş yöntemle ITO ince filmlerin üretimi, elektriksel ve optiksel özelliklerinin karakterizasyonu
Wet deposi̇ted processing of ITO thin films and characterization of thei̇r optoelectronic properties
SANEM GÜZELLER
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESRA ÖZKAN ZAYİM
DR. REFİKA BUDAKOĞLU
- CSA'nın P3HT VE MEH-PPV polimerlerinin fiziksel özelliklerine etkisi
Effect of CSA on the physical properties of P3HT and MEH-PPV polymers
CEM ULUDAĞ
Doktora
Türkçe
2023
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESRA ALVEROĞLU DURUCU