DEVELOPMENT OF SEEDED VERTICAL GRADIENT FREEZE TECHNIQUE FOR CADMIUM ZINC TELLURIDE CRYSTALS
ÇEKİRDEKLİ DİKEY GRADYAN DONDURMA YÖNTEMİNİN KADMİYUM ÇİNKO TELLÜR KRİSTALLERİNİN BÜYÜTÜLMESİ İÇİN GELİŞTİRİLMESİ
- Tez No: 750600
- Danışmanlar: PROF. DR. RAŞİT TURAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma kapsamında Dikey Gradyan Soğutma (VGF) kristal büyütme fırını, çekirdekli kristal büyütmeye uygun (Seeded-VGF) şekilde dönüştürme işlemleri, silindirik çekirdek kesme teknolojisi ve Seeded-VGF yöntemleri için sıcaklık modelleme çalışmaları yürütülmüştür. ODTÜ-KBL altyapısında bulunan VGF fırını çekirdekli kristal büyütebilecek şekilde başarıyla güncellenmiştir. Eritme potası, destek sistemi ve radyasyon kalkanları yeniden tasarlanırken, 30 ısıtıcı bölgeli gövde, ana kuvars reaktör ve kontrol elektronikleri gibi fırının ana elemanları aynı şekilde kullanılmıştır. Yenilenmiş sistem ile çekirdek kristalinin bir kısmı katı fazda tutularak kristal büyütme ve sıcaklık profilleme çalışmaları yürütülmüştür. Deneme büyütme deneyi gerçekleştirilerek çekirdeğin tamamen eriyip erimediği test edilmiş ve çekirdek çukurundaki büyütme başlangıç noktası belirlenmiştir. Farklı yüzey yönelimine sahip çekirdek kristalleri ile çekirdekli kristal büyütme deneyleri gerçekleştirilerek sonuçları karşılaştırılmıştır. Tek boyutlu elmas tel kesme sistemi kullanarak eksensel simetriyi sağlayacak olan silindirik çekirdek çıkarılamamasından dolayı, çekirdek geometrisi önemli sorun teşkil etmektedir. Bundan dolayı VGF yöntemi ile büyütülen CdZnTe külçelerinden silindirik çekirdeklerin elde edilebilmesi için, özgün bir yöntem olan Karot matkap sistemi (CNC) ve özel tasarım kesme uçları kullanılmıştır. CNC kesme sistemi ile kesme işleminin parametrelerinin optimizasyonu için birçok deneme kristali kesilmiş, böylece optimum kesme parametreleri elde edilmiştir. Optimize edilmiş parametreler kullanılarak birden fazla 10 mm çapında ve 10 – 50 mm uzunluklarında silindirik çekirdek kristalleri elde edilmiştir. Ayrıca, bir kristal büyütme modelleme yazılımı olan CGSim kullanılarak Seeded-VGF kristal büyütme modelleri geliştirilmiştir. Modelleme çalışmalarıyla sıcaklık dağılımı, katı-sıvı ara yüzeyi ve sıvı akışları tahmin edilmiştir. Gerçek fırın ile modellenen sıcaklıklar arasındaki korelasyonunu sağlamak için kapsamlı bir çalışma yürütülmüştür. Homojenizasyon ve büyütmenin birbirini takip eden dört farklı aşaması için zamandan bağımsız modeller geliştirilmiştir. Modellerin sonuçları katı-sıvı ara yüzeyi ve sıvı akışlarının betimlemeleri değerlendirilerek incelenmiştir.
Özet (Çeviri)
In this study, conversion of Vertical Gradient Freeze (VGF) furnace to achieve seeded VGF (Seeded-VGF) growth of CdZnTe, cylindrical seed cutting technology and modeling studies for Seeded-VGF method using CGSim software were employed. VGF furnace infrastructure at METU-CGL was successfully converted to have seeded crystal growth capabilities. While the growth crucible, support system and radiation shielding were redesigned, the main components of the furnace platform, including 30 zone furnace body, main quartz reactor and control electronics were left intact. A new temperature profiling study for the Seeded-VGF system was conducted to keep a portion of the seed crystal solid and to achieve seeding from the seed well portion of the crucible. A trial growth experiment was conducted to test complete seed melting and to observe the predicted growth starting region. Series of Seeded-VGF growth experiments were conducted with different seeds having various orientations in the growth direction and their results were compared. Since obtaining cylindrical seeds to preserve axisymmetric was not possible with the one-dimensional wire cutting system at METU-CGL, one of the challenges for Seeded-VGF growth was the seed geometry. For cylindrical seeds, a novel diamond core drilling system with custom design tooling was used in order to obtain seed material from VGF grown CdZnTe ingots. For this purpose, a CNC cutting system with diamond tooling was employed. Trial experiments for seed cutting were conducted on CdZnTe ingot pieces to optimize the operation parameters of the CNC cutting system. Multiple cylindrical seed crystals with 10 mm diameter and varying lengths (10 – 50 mm) were successfully obtained. Additionally, accurate temperature models for the Seeded-VGF crystal growth were developed using CGSim crystal growth modeling software to predict the temperature distribution, solid-liquid interface shape and melt convection behavior. An extensive correlation optimization study between simulated and actual (measured) temperature values was conducted. Quasi-stationary models for homogenization and four segments of the growth that are subsequent to each other were developed. The results of the models were explored by solid-liquid interface and melt convection simulations.
Benzer Tezler
- Experimental investigation of gust response in flapping wing aerodynamics
Sağanak etkisinin çırpan kanat aerodinamiği üzerindeki etkisinin deneysel incelenmesi
BERK ZALOĞLU
Doktora
İngilizce
2025
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURİYE LEMAN OKŞAN ÇETİNER YILDIRIM
- Kemik doku mühendisliği için gözenekli yapı tasarımı
Design of porous structure for bone tissue engineering
SAFA ŞENAYSOY
Doktora
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN LEKESİZ
- El ile çekilebilir ekim makinası prototipi geliştirilmesi
Development of a manual seeder prototype
HAKAN ÖZENÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
ZiraatAkdeniz ÜniversitesiTarım Makineleri ve Teknolojileri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DAVUT KARAYEL
- Teknoloji transfer mekanizmalarının Ar-Ge yeteneğine etkisi
The effects of technology transfer mechanisms into R&D competency
AHMET KESKİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Bilim ve TeknolojiGebze Teknik ÜniversitesiStrateji Bilimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ EKBER AKGÜN
- Characterization and beneficiation of Malatya / Kuluncak rare earth elements ore
Malatya/Kuluncak nadir toprak elementi cevherinin karakterizasyonu ve zenginleştirilmesi
BURAKHAN ERSOY
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiCevher Hazırlama Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FIRAT BURAT