Optical engineering of titanium nitride thin films for nanoplasmonic biosensing
Titanyum nitrür ince filmlerin nanoplazmonik biyosensör uygulamaları için optik mühendisliği
- Tez No: 714273
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MERAL YÜCE, DR. ÖĞR. ÜYESİ Hasan KURT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 107
Özet
Son yıllarda, minyatür cihazların umut verici çözümleri ve pratik yaklaşımları dikkat çekerek plazmonik alanında büyük ilgi gördü. Genel olarak, yüksek elektriksel iletkenlikleri, ayarlanabilir plazmon frekansları ve kimyasal kararlılıkları nedeniyle bu alanda soy metaller kullanılmıştır. Ancak görünür ve yakın kızılötesi bölgede yüksek maliyetleri ve kayıp mekanizmaları nedeniyle yüksek hacimli üretim ve yüksek performanslı uygulamalar için engel teşkil ederler. Altın ve gümüş gibi soy metaller, optik özelliklerinde ayarlanabilirliğe izin vermez. Bu nedenle soy metallerin yerini alacak alternatif plazmonik malzemeleri bulmak ve geliştirmek için bir araştırma başlamıştır. Geçiş metali nitrürlerinin (GMN) nanoplazmonik biyosensör uygulamaları için literatürde karşılaştırıldığında düşük maliyet, kimyasal kararlılık, ve biyolojik ortamlarla uyumluluk açısından soy metallere bir alternatif olduğu gösterilmiştir. Özellikle, plazmonik tepkileri nanoyapısal ve stokiyometrik değişim ile ayarlanabilir. Bu tez, nanoplazmonik sensör için algılama yöntemleri ile ilgili giriş bilgisi verir. Bir litografi yaklaşımı olan nanoküre litografisi, bu çalışmanın gelecek planı olan biyosensör uygulamalarına yönelik yüzeylerin modellenmesindeki basitliği ve maliyet etkinliği nedeniyle bu araştırmada açıklanmıştır. Soy metaller ve GMN'ler, özellikle periyodik tablodaki 4B geçiş metal grubuna ait, önerilen titanyum nitrür (TiN) ince filmler karşılaştırılacaktır. İnce film üretimi, reaktif radyo frekansı püskürtme altında yapıldı. Bu çalışma, TiN film üretimi ve püskürtmede gerçekleşen oksijen kontaminasyonunun konsantrasyonunu azaltmanın yolları hakkında optimizasyon bilgisi verir. Üretilen ince filmlerin karakterizasyonları, enerji dağılımlı spektroskopi, X-ışını kırınımı, Raman spektroskopisi, dört nokta temaslı iletkenlik ölçümü, değişken açılı spektroskopik elipsometri ile bileşimsel, elektriksel, morfolojik ve optik özellikleri değerlendirmek için yapıldı. Oda sıcaklığı, argon gazı ile temizleme, gece boyunca vakum, ve alt tabaka ısıtma püskürtme karşılaştırılır. Biriktirme sırasında oksijen varlığının azaltılmasına yönelik üç yaklaşımın tümü, ince filmlerin iletkenliğinde ve kristalliğinde gelişme göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Over the last years, promising concepts and practical approaches of miniaturized devices with remarkable features in the field of plasmonics have drawn a lot of attention. Generally, noble metals have been used in this field due to their high electrical conductivity, tunable plasmon frequencies, and chemical stability. However, they have a barrier for high volume production and for high-performance applications because of their high costs and loss mechanism in visible and near infrared region. Noble metals, like gold and silver, does not allow tunability in their optical properties. Therefore, research has begun to find and improve alternative plasmonic materials to replace noble metals. The transition metal nitrides (TMNs) have been suggested as an alternative for their low cost, chemical stability, and compatibility with biological mediums when compared in the literature for nanoplasmonic biosensing applications. Especially, their plasmonic response can be tuned with nanostructural and stoichiometrical change. This thesis provides brief introduction for detection methods for nanoplasmonic sensing. A lithography approach, nanosphere lithography, is explained for future work in this research due to its simplicity and cost-effectiveness in patterning surfaces towards biosensing applications. Noble metals and TMNs will be compared, particularly suggested titanium nitride (TiN) thin films belonging to the 4B transition metal group in the periodic table. Thin-film fabrication was done under reactive radio-frequency sputtering. This study offers a route for optimization of TiN film fabrication and demonstrates several ways to reduce oxygen contaminant concentration in sputtering. Produced thin films' characterizations were done with energy-dispersive spectroscopy, X-ray diffraction, Raman spectroscopy, four-point probe measurement, variable angle spectroscopic ellipsometry to evaluate the compositional, electrical, morphological, and optical properties. Room temperature, purging with argon gas, overnight vacuum, and substrate heating sputtering are compared. All three approaches towards decreasing oxygen presence during deposition and enhancing crystallographic structure showed improvement in the conductivity and crystallinity of the thin films.
Benzer Tezler
- TiAIN, TİN tek ve çok katlı kaplamaların karakterizasyonu
Başlık çevirisi yok
OĞUZ ÇINAR
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ FUAT ÇAKIR
- Düşük yayıcı kaplama tasarımı, hazırlanması ve karakterizasyonu
Design, preparation and characterization of low emissivity coating
MELTEM BABAYİĞİT CİNALİ
Doktora
Türkçe
2019
EnerjiHacettepe ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZLEM DUYAR COŞKUN
- Fiziksel buhar biriktirme (Pvd) yöntemiyle yapılan Alüminyum krom nitrür (AlCrN) ince film kaplamaların üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of Aluminium chromium nitride (AlCrN) thin films deposited by Physical vapour deposition (Pvd)
TUNCAY AKBAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KAMİL ÜRGEN
- Metal oksit ve metal nitrür içeren ultra ince TiNxOy filmlerin x-ışını fotoelektron spektroskopi (XPS) çalışması
X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) studies ultra thin TiNxOy films containing metal oxide and metal nitride
MELEK TÜRKSOY
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Fizik ve Fizik MühendisliğiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. OSMAN ÖZTÜRK