Fabrication and characterization of upconverting rf magnetron sputtered ytterbium-erbium silicate thin films
RF katot püskürtme metodu ile üretilmiş üst-çevrim yapan iterbiyum-erbiyum silikate ince filmlerin fabrikasyonu ve karakterizasyonu
- Tez No: 629849
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SELÇUK YERCİ, DOÇ. DR. İPEK GÜLER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Üst-çevrim; güneş pilleri, kızılötesi algılama gibi geleneksel alanlardan biyolojik görüntüleme ve üç boyutlu ekranlar gibi yenilikçi alanlara uzanan geniş bir yelpazede uygulama alanı bulan bir araştırma konusudur. Ancak, literatürde genellikle üst-çevrim ana matrisleri olarak kullanılan ağır halojenürler kararsız kimyasal, mekanik ve termal özellikler sergilerler. Ağır halojenürlere alternatif olarak kullanılabilecek yüksek kararlılığa sahip oksitlerin ise yüksek fonon enerjilerinden dolayı üst-çevrim verimliliği düşüktür. Bu nedenle bizde ana matristeki ışıma merkezlerinin (erbiyum iyonları) sayısını artırarak yani katkı iyonları olarak kullanmak yerine bileşiğin bileşenleri olarak erbium iyonlarını kullanarak verimliliği arttırmayı amaçladık. Bu tezde kararlı özelliklere sahip erbiyum-iterbiyum disilikat (ErxYb2-xSi2O7) bileşiklerinin üst-çevrim özelliklerinin geliştirilmesi araştırılmıştır. Burada ayrıca, ince filmlerin üretiminde katot püskürtme metodu sadece tüm yüzeyde eşit biriktirme kabiliyeti için değil ayrıca silikon teknolojisiyle de uyumlu olduğu için de tercih edilmiştir. Bu tezde 1540 nm'den dalga boyuna sahip kızılötesi fotonları 980 nm dalga boyuna dönüştüren erbium-ytterbium disilikat ince filmler üretildi. Tavlama sıcaklığı ile erbiyum ve iterbiyum konsantrasyonlarının üst-çevrim verimliliği üzerindeki etkileri araştırıldı. Bunların sonucunda, 110 nm kadar ince erbium-ytterbium silikatlardan üst-çevrim elde edilmiş ve sonuçlar tez içerisinde verilmiştir. Ayrıca, bu çalışmada üretilen tüm filmler saf yakın kızılötesi ışıması (YKI)-YKI yukarı dönüşümü göstermiştir ve bu dönüşüm biyolojik görüntüleme ve parmak izi tespiti gibi literatürde yüksek dönüşüm verimliliğindense hassasiyetin daha fazla önemli olduğu düşünülen çeşitli uygulamalarda tercih edilir. Tüm bunların dışında yeni uygulamalar için de çok kullanışlı malzemeler olabilirler, örneğin bunlar ucuz bir silisyum tabanlı dedektörle birleştirip 1.1 μm'nin üzerindeki fotonları tespit etmek için kullanılabilirler. Üst-çevrim çalışmalarına ek olarak, bu tez kapsamında üretilen numunelerin PL ömürlerini ölçmek için de bir yöntem geliştirildi. Bu yöntem sayesinde kare dalga uyarımı ve bir kilit amplifikatörü bir arada kullanılabilir ve kare dalga uyarımı ile gerçek zamanlı yaşam süresi ölçülebilir.
Özet (Çeviri)
Upconversion is a growing research topic as it can be utilized in various applications extending from traditional fields, such as solar cells, and infrared sensing to novel fields, including bioimaging and 3D displays. However, heavy halides, which are frequently used as upconversion host matrices in the literature, exhibit unstable chemical, mechanical, and thermal properties. Oxides with high stability can be used as an alternative to heavy halides, but their high phonon energy reduces upconversion efficiency. In this study, we aimed to enhance the efficiency by increasing the number of luminescence centers (i.e. erbium ions) in the host matrix by utilizing erbium ions as constituents of the compound instead of doping ions. This thesis is dedicated to the improvement of upconversion properties of erbium-ytterbium disilicate (ErxYb2-xSi2O7) compounds as an upconversion material with stable properties. Herein, sputtering was preferred as the fabrication method not only for its uniform deposition capability but also for its compatibility with the silicon technology. In this thesis, we demonstrated erbium-ytterbium disilicate thin films that convert infrared photons with a wavelength from around 1540 nm into a wavelength of around 980 nm. Moreover, the effects of annealing temperature and, erbium and ytterbium concentrations on the upconversion efficiency were investigated. Noteworthy, we present upconversion from erbium-ytterbium silicates as thin as 110 nm. All films fabricated in this work show pure NIR-NIR upconversion, which is considered to be more favorable in various applications where precision is more requisite than high conversion efficiency in the literature, such as bioimaging and fingerprint detection. They can also be the sought-after material for new applications, for instance, coupling them with a cheap silicon detector to detect photons beyond 1.1 μm. In addition, we enhance a method to measure PL lifetimes of samples. This method combines square wave excitation and a lock-in amplifier and allows real-time lifetime measurements.
Benzer Tezler
- 2D perovskite nanosheets for multifunctional device fabrication and biological applications
2B perovskit nano levhaların çok fonksiyonlu aygıt fabrikasyonunda kullanımı ve biyolojik uygulamaları
BENSU GÜNAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Biyomühendislikİzmir Ekonomi ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGE SAĞLAM
DOÇ. DR. ZEYNEP FIRTINA KARAGONLAR
- Design and characterization of poplar fiber based nonwoven structures for sustainable textile applications
Sürdürülebilir tekstil uygulamaları kapsamında kavak lifli dokusuz yüzeylerin tasarımı ve karakterizasyonu
CANAN USTA
Doktora
İngilizce
2025
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPER GÜRARSLAN
- Fabrication and characterization of high speed resonant cavity enhanced schottky photodiodes
Resonant boşluk destekli yüksek hızlı schottky fotodedektörlerinin yapımı ve karakterizasyonu
M.SAİFUL İSLAM
Yüksek Lisans
İngilizce
1996
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiY.DOÇ.DR. EKMEL ÖZBAY
- Fabrication and characterization of high-speed, hig quantum efficiency, resonant cavity enhanced schottky photodidoes
Rezonant kavite ile güçlendirilmiş yüksek, hızlı ve yüksek verimli schottky fotodiyot üretimi ve karakterizasyonu
ERHAN POLATKAN ATA
Doktora
İngilizce
1998
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EKMEL ÖZBAY
- Fabrication and characterization of semiconductor double quantum well diode lasers
Çift kuvantum kuyulu yarıiletken lazerlerinin yapımı ve incelenmesi
BÜLENT EROL SAĞOL
Yüksek Lisans
İngilizce
1998
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALİ SERPENGÜZEL