Liquid phase epitaxial growth and characterization of Bi-2212 superconducting thick films
Bi-2212 süperiletken kalın filmlerin sıvı faz epitaksi yöntemiyle üretimleri ve karakterizasyonları
- Tez No: 832090
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ YILMAZ ŞİMŞEK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 104
Özet
Yaklaşık olarak 200 GHz ve 30 THz frekans aralığında üretilen elektromanyetik (EM) dalgalar, doğa bilimlerinden ilaç/imalat sektörlerine, mekan görüntülemelerinden tıbbi teşhislere ve yüksek bant genişliğine sahip iletişimden güvenlik teknolojilerine uzanan çeşitli alanların potansiyel uygulamaları için büyük umut vaat etmektedir. Yüksek sıcaklık Bi-2212 süper iletken malzemelerin içinde doğal olarak oluşmuş katmanlı özgün Josephson eklemleri, bu tarz EM radyasyonlarının üretilmesinde ve düşük kayıplı EM dalgalarının malzeme içerisinde yayılmasında olağanüstü özellikler sergiler. Bu özellikler, EM kaynaklar, detektörler, dalga kılavuzlar ve alıcılar gibi çeşitli kriyojenik THz cihazların geliştirilmesinde önemli roller oynamaktadır. Malzemenin bu özgün özellikleri aynı zamanda THz cihazlarının tek bir çip üzerinde üretilmesine dayalı yeni bir teknolojik yaklaşımın doğmasına da öncülük etmiştir. Ancak bu teknolojik konseptin hayata geçirebilmesi için yüksek kaliteli büyük Bi-2212 süper iletken filmlere ihtiyaç vardır. Bu çalışmada, büyük ve kalın epitaksiyel Bi-2212 filmlerin büyütülmesine olanak sağlayan sıvı faz epitaksi tekniği (LPE) kullanılmıştır. Başlangıçta, epitaksiyel Bi-2212 filmlerinin büyüyebileceği en iyi ısı bölgeleri araştırmak amacıyla, SUNUM'da yeni kurulmuş bir LPE sistemi içerisinde bir dizi optimizasyon deneyleri gerçekleştirilmiştir. LPE sistem içerisinde MgO alt taşlar üzerinde yüksek kaliteli süper iletken Bi-2212 filmlerin büyümesine olanak sağlayan en iyi parametrelerin belirlemesi amacıyla en çok sayıda film büyütme deneyleri yapılmıştır. Üretilen filmlerin yapısal, stokiyometrik ve morfolojik özellikleri, x-ışını kırınımı (XRD), enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDS) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) teknikleri yardımıyla analiz edildi. Bunlara ek olarak, kalsinasyon işlemlerinde BSCCO öncül bileşenlerinin ayrışma sıcaklıklarını belirlemek amacıyla termal analiz teknikleri (TGA/DTA) kullanılmıştır. Filmlerin düzlemsel ve düzlemler arası elektriksel ölçümleri için, Bi-2212 filmleri üzerinde fotolitografi, iyon ışını aşındırma ve metal buharlaştırma teknikleri ile dört/üç nokta kontak geometrileri oluşturulmuştur. LPE tekniği kullanılarak, MgO alt taşlar üzerinde mükemmel bir c-ekseni hizalaması sergileyen kalın süper iletken Bi-2212 filmler başarıyla büyütülmüştür. Josephson plazma dalgalarının öncül özellikleri, Bi-2212 filmlerinin c-ekseni elektriksel ölçüm sonuçlarında dikkatlice araştırılmıştır. Bu tezin araştırma faaliyetlerinde THz-on-a-chip teknolojisi için Bi-2212 filmlerinin kalitesini iyileştirme doğrultusunda umut verici sonuçlar elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Electromagnetic (EM) waves generated in a frequency range from 200 GHz and 30 THz hold great promise for potential applications in a variety of fields such as natural sciences, pharmaceutical, manufacturing, environmental monitoring, medical diagnostics, high-bandwidth communication technologies and security. Intrinsic Josephson junctions naturally stacked in high critical temperature Bi-2212 superconductors exhibit outstanding features in generating the EM radiations and in propagating of the low-loss EM waves through the material. They play crucial roles in the development of many cryogenic THz devices such as emitters, detectors, waveguides, and receivers. These unique properties of the material also led to the emergence of a new technological approach based on manufacturing THz devices on a single chip, but high-quality large Bi-2212 superconducting films are required for the realization of this technological concepts. In this study, liquid phase epitaxy technique (LPE) was employed because it enables the deposition of large and thick epitaxial Bi-2212 films. Initially, a series of optimization experiments were carried out in a newly established LPE setup at SUNUM to investigate the best heat zone for the growth of epitaxial Bi-2212 films. The LPE growth conditions have been intensively studied in a large number of growth experiments to grow high-quality superconducting Bi-2212 films on MgO substrates. Their structural, stoichiometric, and morphological characteristics were analyzed by x-ray diffraction (XRD), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and scanning electron microscope (SEM). Additionally, thermal analysis techniques (TGA/DTA) were employed to determine the decomposition temperatures of BSCCO precursor components in the calcination processes. For the in-plane and out-of-plane electrical transport measurements, four/three-probe contact geometries were formed by photolithography, ion-beam etching and metal evaporation techniques on Bi-2212 films. Thick superconducting Bi-2212 films exhibiting a perfect c-axis alignment on MgO substrates have been successfully grown in the LPE system. The prerequisite signatures of Josephson plasma waves were investigated in the c-axis transport characteristics of Bi-2212 films. In the research activities of this thesis, promising results were obtained in improving the quality of Bi-2212 films for the THz-on-a-chip technology.
Benzer Tezler
- Design and characterization of aromatic thermosettingcopolyester resin for polymer matrix nanocomposites
Aromatik termosetin tasarımı ve karakterizasyonupolimer matrisli nanokompozitler için kopoliester reçine
METE BAKIR
Doktora
İngilizce
2019
Makine MühendisliğiUniversity of Illinois at Urbana-ChampaignMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. IWONA JASIUK
- Simulation of physical vapor transport process by spectral methods
Fiziksel buhar taşınımı işleminin spektral metodlarla benzeşimi
AHMET ÜMİT COŞKUN
Doktora
İngilizce
1998
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FARUK ARINÇ
- Katı ortamda bor yayınımı ile sertleştirilen çelik yüzeylerinin kuru kayma halinde sürtünme ve aşınma davranışları
Başlık çevirisi yok
YAVUZ SOYDAN
- Epitaksiyel-silisyum'dan yapılan Au/n-Si Schottky diyotlarına havaya maruz bırakılma süresinin ve yaşlanmanın etkileri
Başlık çevirisi yok
HACI ALİ ÇETİNKARA
Yüksek Lisans
Türkçe
1996
Fizik ve Fizik MühendisliğiErciyes ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF.DR. NECATİ YALÇIN
- Liquid phase sintering characteristics of tungsten powder obtained by electrochemical reduction technique
Elektrokimyasal indirgeme tekniği ile elde edilmiş tungsten tozunun sıvı faz sinterleme karakteristiği
MAHMUT EROL
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Metalurji MühendisliğiYıldırım Beyazıt ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. METEHAN ERDOĞAN