Geri Dön

Optical engineering of titanium nitride thin films for nanoplasmonic biosensing

Titanyum nitrür ince filmlerin nanoplazmonik biyosensör uygulamaları için optik mühendisliği

  1. Tez No: 714273
  2. Yazar: CEMRE IRMAK KAYALAN
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. MERAL YÜCE, DR. ÖĞR. ÜYESİ Hasan KURT
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2021
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Sabancı Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. 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

  1. TiAIN, TİN tek ve çok katlı kaplamaların karakterizasyonu

    Başlık çevirisi yok

    OĞUZ ÇINAR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1998

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ FUAT ÇAKIR

  2. Düşük yayıcı kaplama tasarımı, hazırlanması ve karakterizasyonu

    Design, preparation and characterization of low emissivity coating

    MELTEM BABAYİĞİT CİNALİ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    EnerjiHacettepe Üniversitesi

    Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÖZLEM DUYAR COŞKUN

  3. ZrB-ZrBN çok katlı kaplamaların korozyon davranışı

    Başlık çevirisi yok

    O.LEVENT ERYILMAZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1996

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    DOÇ.DR. MUSTAFA ÜRGEN

  4. 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

    Türkçe

    2014

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA KAMİL ÜRGEN

  5. 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

    Türkçe

    2010

    Fizik ve Fizik MühendisliğiGebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    Fizik Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. OSMAN ÖZTÜRK