3D-microstructuring of silicon induced by nanosecond pulsed infrared fiber laser for potential solar cell applications
Potansiyel güneş hücresi uygulamaları için nanosaniye atımlı kızılötesi fiber lazer yardımıyla silikonun üç boyutlu mikroyapılandırılması
- Tez No: 763097
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ IHOR PAVLOV
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- 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: Fizik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 82
Özet
Lazer ile silikonun üç boyutlu (3B) yapılandırılması oldukça arzu edilen bir teknolojidir çünkü güneş pilleri, telekomünikasyon, mikroelektronik, entegre fotonik gibi birçok farklı alanda geniş uygulama yelpazesi ile silikon, yarı iletken endüstrisine yön vermektedir. Bu tür uygulamalar için silikonun yapılandırılması genellikle litografik desen üretimi ile başlar ve plazma aşındırma, reaktif iyon aşındırma veya kimyasal aşındırma yoluyla desenin silikona aktarımı ile devam eder. Bununla birlikte, geleneksel litografi yöntemleri silikonun yüzeyiyle sınırlıdır ve silikonun derinliklerine gömülü 3B yapıların doğrudan üretilmesine izin vermez. Silikonda, 3B yüzey altı işlevsel elemanları üretebilmek için lazer temelli yeni yöntemler geliştirilmektedir. Silikonun lazerle 3B yapılandırılmasında, doğrusal olmayan foton absorpsiyonlarından yararlanarak silikonda modifikasyonu indükleyebilen yüksek ışık yoğunluklu, kısa atımlı lazerlere ihtiyaç duyulur. Yakın zamana kadar, silikon içinde lazerle indüklenen modifikasyon oluşturma yüzeyde hasar bıraktığından başarısız sonuçlanmıştı. Bu tezde, özel yapım nanosaniye atımlı kızılötesi lazer kullanılarak kristal silikonda (c-Si) oldukça kontrollü oluşturulan yüzey ve yüzey altı modifikasyonlar sunulmaktadır. Asıl 3B yapıları ortaya çıkarmak için, lazerle modifiye edilmiş yerler, oldukça yüksek seçiciliğe sahip bir kimyasal çözelti ile aşındırılmıştır. Yeni yaklaşımızla, c-Si plaka içinde 3B mikro delik dizileri ve c-Si plaka yüzeyinde 3B mikro sütun dizileri sırasıyla saydam güneş pilleri ve radyal bağlantılı fotovoltaiklerde potansiyel kullanımları hedeflenerek başarıyla üretilmiştir. Yöntemimiz maske kopyalama gerektirmediğinden, geleneksel litografik yöntemlere göre daha az işlem adımı sunar ve ayrıca farklı uygulamalara kolayca adapte edilebilir.
Özet (Çeviri)
Laser-induced three-dimensional (3D) structuring of silicon is a highly desired technology as silicon drives the semiconductor industry with its wide range of applications in solar cells, telecommunications, microelectronics, integrated photonics, etc. Structuring of silicon for such applications is typically performed by lithographic pattern production and pattern transfer via plasma etching, reactive ion etching, or chemical etching. However, conventional lithography methods are limited to the surface of the silicon and do not allow direct fabrication of 3D structures buried deep inside the silicon. Novel laser-based methods are emerging to fabricate 3D subsurface functional elements in silicon. The 3D structuring of silicon by laser requires high peak intensity, short-pulsed lasers that can induce modification in the silicon by exploiting nonlinear photon absorption. Until recently, laser-induced subsurface modification of the silicon without damaging the surface had been unsuccessful. In this thesis, highly controlled surface and subsurface modifications are presented in crystalline silicon (c-Si) using a custom-built nanosecond pulsed infrared laser. To reveal true 3D structures, laser-modified parts are etched in a highly selective chemical solution. Our novel approach is successfully implemented to fabricate 3D microhole arrays inside the c-Si wafer, and 3D micropillar arrays on the surface of the c-Si wafer, for potential applications in transparent solar cells and radial junction photovoltaics, respectively. Since our method does not require mask copying, it offers fewer processing steps than traditional lithographic methods and can be easily adjusted to different applications.
Benzer Tezler
- 3D-microstructuring and selective etching of silicon by nanosecond pulsed infrared laser for photovoltaic applications
Fotovoltaik uygulamalar için nanosaniye atımlı kızılötesi fiber lazer ile silikonun üç boyutlu mikroyapılandırılması ve seçici aşındırılması
KARDELEN DEMİRBAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ IHOR PAVLOV
DOÇ. DR. SELÇUK YERCİ
- Silisyum alttaş yüzeylerinin 3 boyutlu mikro yapılarının optik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of optical properties of 3-d microstructures of silicon substructure surfaces
MURAT SAMET AKCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiOptik ve Fotonik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. UMUT AYDEMİR
- Shear induced fiber alignment and acoustic nanoparticle micropatterning during stereolithography
Stereolitografi sırasında kayma kaynaklı fiber oryantasyonu ve akustik nanoparçacık mikroşekillendirmesi
DORUK ERDEM YUNUS
Doktora
İngilizce
2017
Makine MühendisliğiLehigh UniversityMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Prof. YALING LIU
- Femtosaniye lazer ile işlenen yapıların katıhal lazerlerde uygulamaları ve üst çevrim pompalı Tm3+:KY3F10 lazerleri
Solid-state laser applications of femtosecond laser written structures and upconversion pumped Tm3+:KY3F10 lasers
YAĞIZ MOROVA
Doktora
Türkçe
2021
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDA AKSOY ESİNOĞLU
PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU
- 3D scalar imaging of dielectric objects buried under a rough surface
Engebeli yüzey altına gömülü dielektrik cisimlerin üç boyutlu skaler durumda görüntülenmesi
EVRİM TETİK
Doktora
İngilizce
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM AKDUMAN