Fabrication of silicon carbide-on-silicon based devices for effective near-field thermal radiation transfer
Etkin yakın alan ışınım transferi için silisyum üzerine silisyum karbür bazlı cihazların üretimi
- Tez No: 537832
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HANİFE TUBA OKUTUCU ÖZYURT, PROF. DR. MUSTAFA PINAR MENGÜÇ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 203
Özet
Isıl ışınım dalga boyu ile kıyaslanabilir ya da daha küçük mesafeler ile birbirinden ayrılmış ortamlar arasında gerçekleşecek ısı transferinde elde edilen potansiyel artışlar, yakın alan ışınımı konusunu ön plana çıkarmıştır. Bu potansiyel, çoğunlukla kontrollü vakum ortamlarında gözlenmiş, ilgili çalışmalar ısı transferindeki bu artışı elektrik enerjisine dönüştürme amacını taşıyan yakın alan ışınımı bazlı yüksek verimli termofotovoltaik sistemlerin temelini oluşturmuştur. Konunun fiziksel altyapısının ayrıntılandırılması amaçlı yapılan analitik çalışmada p-türü ve n-türü Si, GaAs, InSb, InP alttaşlar ile SiC malzemelerinin yakın alan ışınımı davranışı incelenmiştir. Alttaş türü, alttaş katkılama oranı ve kristal yapının sistemlerin yakın alan ışınımı davranışı üzerinde etkili olduğu görülmüştür. Özellikle SiC ve n-türü InSb malzemeler arasındaki yakın alan ışınımı spektral ısı akısının, siyah cisim limitine kıyasla üç mertebeden daha fazla artış sağladığı görülmüştür. Yapılan analizlere ek olarak, yakın alan ışınımını gözlemlemede kullanılabilecek, Si üzerine kaplanmış SiC ince film temelli ve SiO2 birleşim alanına sahip ortamlar arasında nano ölçekte bir vakum boşluğu içeren kapalı bir cihaz üretilmesi amaçlanmıştır. Yüzey fonon polaritonlarını destekleyen bir malzeme olan SiC'ün ısıl işleme tabi tutularak kristalleşme davranışı incelenmiş ve fononik davranışının amorf ve kristal yapıda araştırılması amaçlanmıştır. Yazarın bilgisi dahilinde, bir malzemenin yakın alan ışınımı davranışının içyapı ile bağlantısı bu çalışma ile literatürde ilk kez yer alacaktır. Cihaz fabrikasyonunda elde edilen başarılı sonuçlar ile birlikte karşılaşılan güçlüklere de detaylıca değinilmiştir. Bahsi geçen cihaz ortam koşullarında çalışabilecek şekilde tasarlanıp üretilmiştir ve bu şekilde daha çok sayıda yakın alan ışınımı uygulamasının yapılabilirliğinin keşfedilmesi amaçlanmıştır.
Özet (Çeviri)
Near-field radiative transfer (NFRT) has attracted attention due to the potential of obtaining improved amount of heat transfer between media separated by distances comparable to or smaller than the dominant wavelength of emission. Such potential has been demonstrated in vacuum environments to form the basis of mainly near-field thermophotovoltaic systems and further, conversion into electricity with high system efficiency. In this thesis, an analytical analysis is performed to gain insight on near-field radiative transfer of p- and n-type Si, GaAs, InSb, InP wafers, along with SiC. Results show that the wafer type, doping level, and crystal structure are effective parameters on such systems. The spectral NFRT flux between SiC and n-type InSb pair exceeded the blackbody limit by more than 3 orders of magnitude. Along with the analytical studies, another objective of this thesis is to conceptualize and construct a device consisting of SiC-on-Si media, bonded through patterned SiO2 walls, encapsulating vacuum towards a nanoscale gap. SiC, supporting surface phonon polaritons which is studied in detail in relation to its crystallization behavior through thermal annealing. Here it is aimed to investigate its phononic behavior both in the amorphous and crystalline states. To the best of the author's knowledge, a materials crystal state dependence of near-field radiative transfer is discovered for the first time, in this dissertation. Achievements and challenges faced during the fabrication of a NFRT device are presented in detail. The proposed device is designed and fabricated to operate under ambient conditions, and explore a wider application framework.
Benzer Tezler
- Gözenekli malzemelerde radyasyonun zayıflaması
Radiation attenuation by porous materials
SONAY GEDİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiNükleer Araştırmalar Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE FİLİZ BAYTAŞ
- Developing epitaxial graphene electrodes for silicon carbide based optoelectronic devices
Silisyum karbür tabanlı optoelektronik cihazlar için epitaksiyel grafen elektrotlar geliştirilmesi
ERDİ KUŞDEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. CEM ÇELEBİ
DOÇ. DR. HALDUN SEVİNÇLİ
- AL7Sİ-xB4C VE AL7Sİ-xZrB2 (x= %5, %10 VE %15)kompozitlerinin mekanik alaşımlama ve sinterleme süreçlerinin incelenmesi ve karakterizasyon çalışmaları
Development and characterization of AL7SI-xB4C AND AL7SI-xZRB2 (x= 5 wt.%, 10 wt.% AND 15 wt.%) composites via mechanical alloying and sintering
BERNA KAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA LUTFİ ÖVEÇOĞLU
- Impact of channel length scaling on electrical transport properties of silicon carbide nanowire based field effect transistors (sicnw-fets)
Kanal uzunluğu ölçeklemenin silisyum karbür nano tel tabanlı alan etkili transistörlerin (sicnw-fet) elektrisel iletim özelliklerine etkileri
ALİ UZUN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Şehir ÜniversitesiElektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KAŞİF TEKER
- Instability studies in amorphous silicon based alloys
Amorf silisyum tabanlı alaşımlardaki kararsızlık çalışmaları
ORHAN ÖZDEMİR
Doktora
İngilizce
2004
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAYRAM KATIRCIOĞLU