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: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering, Physics and Physics 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
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 82
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
- 45S5 bileşimine sahip ve bakır katkılı biyoaktif camlardan üç boyutlu kompozit yapı iskelesi üretimi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of three dimensional composite scaffolds from 45S5 and copper doped bioactive glasses
NURAY YERLİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SADRİYE OSKAY
- Yarı iletken metal oksit nanoyapıların üretimi, karakterizasyonu ve ters hibrit güneş piline uygulamaları
Fabrication and characterization of semiconductor metal oxide nano structures and inverted type hybrid solar cell applications
ARİF KÖSEMEN
Doktora
Türkçe
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF YERLİ
- Kolesterik sıvı kristal-polimer kompozitlerinin tek iğneli elektro-eğirme sistemi ile üretilmesi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of cholesteric liquid crystals-polymer composites by single needle electro-spinning
CEYLAN MUTLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik MühendisliğiMuğla Sıtkı Koçman ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ŞADAN ÖZDEN
DOÇ. DR. ATİLLA EREN MAMUK
- Seçici lazer sinterleme eklemeli imalat yöntemiyle termoplastik matrisli kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of thermoplastic composites by selective laser sintering additive manufacturing method
UMUT CAN CİNGÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Mühendislik BilimleriYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPTEKİN KISASÖZ
DR. ÖĞR. ÜYESİ BURÇİN ÖZBAY KISASÖZ
- Fabrication and characterization of a carbon fiber/ epoxy composite reflector antenna
Karbon fiber/ epoksi kompozit reflektör anten imalatı ve karakterizasyonu
SÜMEYYA YAZAN ÖZCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DUYGU AĞAOĞULLARI