Silicon carbide based nanoelectronic and optoelectronic devices for harsh environment applications
Zorlu ortam uygulamaları için silikon karbür bazlı nanoelektronik ve optoelektronik cihazlar
- Tez No: 694943
- Danışmanlar: PROF. DR. KAŞİF TEKER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Marmara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 71
Özet
Nanomalzemeler alanı, Si'ye alternatif olarak geniş bant aralıklı yarı iletkenler üzerine yapılan kapsamlı araştırmalar sayesinde hızla büyümüştür. Nanomalzelerin benzersiz elektriksel ve optoelektronik yetenekleri, bilimsel ve teknolojik açıdan büyük ilgi görmektedir. Artan uygulama alanları çeşitliliği, yenilikçi malzeme sistemleri ve yeni nesil cihaz tasarımlarını zorunlu kılmaktadır. Bunların yüksek hassasiyette çalışma, hızlı tepki verme ve en önemlisi yüksek sıcaklık gibi zorlu çevre şartlarında çalışabilme gibi gereksinimleri karşılaması gerekir. Bu zorlu ortamlar arasında ortaya çıkan aktiviteden en fazla ilgiyi yüksek sıcaklık uygulamaları çekmiştir. Silisyum karbürün (SiC), özellikle 1D ve 2D nanoyapıları, üstün kimyasal ve termal kararlılıkları, yüksek bozunma gerilimi ve yüksek sıcaklıkta yüksek performans elde etme kabiliyeti sağlayan yüksek sürüklenme hızı nedeniyle yüksek sıcaklık uygulamaları için ilgi çekici malzeme haline gelmiştir. Bu tez, yüksek sıcaklıkların SiC ince filmler ve nanotel tabanlı UV fotodedektörler ve alan etkili transistörler üzerindeki etkisini araştırmaya odaklanmaktadır. Yüksek sıcaklığın SiCTF-UVPD'nin (200°C'ye kadar) performans parametreleri üzerindeki etkisi, ve Au nanopartiküller kullanılarak SiCTF-UVPD'nin performans geliştirmesi başarıyla incelendi. Üretilen SiCTF-UVPD 20 V' luk bir gerilim altında 0.08 pA gibi bir düşük karanlık akım, 0.34 gibi hızlı bir tepki süresi ve 50°C'de 4466 gibi bir yüksek hassasiyet değeri. Son olarak, tek bir silikon karbür nanotelden oluşan bir alan etkili transistör üretilip oda sıcaklığından ve 350°C'ye kadar varan sıcaklıklarda elektriksel ölçümler alındı. SiC-NWFET, hem düşük hem de yüksek sıcaklıklarda çok yüksek iletkenlik değerleri gösterdi. Ölçülen iletkenlik değerleri sırasıyla oda sıcaklığında ve 350ºC'de 0.43 mS ila 0.3 mS arasındaydı. Ayrıca cihaz, hem oda sıcaklığında hem de yüksek sıcaklıklarda yüksek elektron ve delik mobilitelerinin yanı sıra çok düşük özdirenç değerleri elde etti. Kısacası, iyi verimlilik, düşük güçte çalışma ve ekonomik üretimi bir araya getirdiğimizde, 3C-SiC optoelektronik ve nanoelektronik yüksek sıcaklık uygulamalarının üretimi için çok çekici bir aday haline gelmektedir.
Özet (Çeviri)
The field of nanomaterials has grown rapidly owing to extensive research on wideband gap semiconductors as an alternative to Si. From a scientific and technological standpoint, their unique electrical and optoelectronic capabilities are of tremendous interest. The rising diversity of application fields necessitates innovative material systems and device designs. These must meet the requirements such as high sensitivity, quick response, and most importantly to withstand harsh environments such as high temperatures. High temperature applications have attracted the most interest from the emerging activity among these harsh environments. Silicon Carbide (SiC), especially 1D and 2D nanostructures has become the material of interest for these high temperature applications due to their outstanding chemical and thermal stability, high breakdown voltage and high drift velocity which gives it the capability to achieve high performance in high temperature environments. This thesis focuses on investigating the impact of high temperatures on SiC thin films and nanowires based UV photodetectors and field-effect transistors. The impact of high temperatures on the performance parameters of SiCTF-UVPD (up to 200°C) and the performance enhancement using Au nanoparticles were investigated successfully. SiCTF-UVPD exhibited a low dark current of 0.08 pA, a fast rise time of 0.34s and a high sensitivity of 4466 at 50°C and bias voltage of 20 V. Moreover, it was observed that Au nanoparticles improved both the sensitivity and the response speed of the photodetector. Finally, single SiCNW based field-effect transistor (SiCNW-FET) was fabricated and characterized from room temperature to 350°C. The SiC-NWFET showed very high transconductance values at both low and high temperatures. The transconductance ranged from 0.43 mS to 0.3 mS at room temperature and 350ºC, respectively. Additionally, the device achieved high electron and hole mobilities as well as very low resistivity values at both room temperature and high temperatures. In short, combining good efficiency, low power operation and economical manufacturing makes 3C-SiC a very attractive candidate for the manufacturing of optoelectronic and nanoelectronic devices for high temperature applications.
Benzer Tezler
- 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
- Geniş bant aralıklı silisyum karbür tabanlı mosfet alt-modül tasarımı
Wide bandgap silicon carbide based mosfet sub-module design
AHMET FURKAN TUNCER
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DİNÇER GÖKCEN
- Silisyum karbür esaslı ileri teknoloji seramiklerin dökümü, sinterlenmesi ve karakterizasyonu
Slip casting, sintering and characteristics of silicon carbide based high technology ceramics
YUSUF ALPER AKINALP
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Metalurji MühendisliğiSivas Cumhuriyet ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LEVENT CENK KUMRUOĞLU
- Al2O3 ve ZrO2 katkılı silisyum karbürün sinterlenme davranışlarının incelenmesi ve karakterizasyonu
Investigation and characterization of sintering behavior of Al2O3 and ZrO2 doped silicon carbide
UĞUR ÜÇOK
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Metalurji MühendisliğiBilecik Şeyh Edebali ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATİH APAYDIN
- 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