Gözenekli silisyum tabanlı gaz sensörlerinin geliştirilmesi
Development of porous silicon-based gas sensors
- Tez No: 960788
- Danışmanlar: PROF. DR. ÇİĞDEM NUHOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Gözenekli silisyum, yakıt hücresi tipi, VOCs, sensör, Porous silicon, fuel cell type, VOCs, sensor
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Fizik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 212
Özet
Bu tezde, literatürde ilk kez Metal/Gözenekli silikon/nSi Schottky diyotlara dayalı yakıt hücresi tipi alkol, aseton ve amonyak buharı sensörleri ve TiO2 nin GS yüzeye kaplanmasının bu sensörlere etkisi sunulmuştur. Yapılar, herhangi bir harici güç kaynağına ihtiyaç duymadan oda sıcaklığında alkol, amonyak ve aseton buharları ile ayrı ayrı yakıt hücresi benzeri kısa devre akımı üretmektedir. Farklı dört alkol buharı Sensörleri için iki farklı morfolojiye sahip GS katmanları ile üretilmiş ve alkol buharı duyarlılığına etkileri incelenmiştir. 50-350 ppm aralığında dört farklı alkol (metanol, etanol, 2-propanol ve bütanol) kullanılarak alkol buharı testlerine tabi tutulan cihazların tüm alkolleri farklı kısa devre akımı değişimleriyle tespit ettiği belirlenmiştir. En düşük karbon zincirine sahip metanole karşı en yüksek duyarlılığa sahip olduğu belirlenen sensörlerimizin, karbon zincir uzunluğuna bağlı olarak duyarlılıkları azalmaktadır. Her iki GS yapısı için diyotların bariyer yüksekliği, artan metanol buharı konsantrasyonu ile doğrusal olarak azalırken, süngerimsi tepe alanları daha az olan GS katmanlı cihazda ters besleme bozulma gerilimlerinde daha düşük voltajlara doğru bir kayma meydana gelmiştir. GS katmanlarının morfolojik, optik ve yapısal karakterizasyonları birlikte incelendiğinde, morfolojik özelliklerin başlangıç koşullarında diyot parametreleri için belirleyici olduğu ve bu parametrelerin alkol buharından farklı seviyelerde ve benzer ilişkilerle etkilendiği görülmüştür. Sensörlerin metanol buharında (50-350ppm) oda sıcaklığında ve atmosfer basıncında alkol buharı konsantrasyonuna bağlı olarak oluşturduğu kısa devre akımı 1,00 ile 150 nA.cm-2 arasında değişmiştir. GS yüzeylerin TiO2 kaplanmasının etkisi metanol duyarlılığına zayıf iyileştirirken özellikle etanol duyarlılıklarını 15 kata yakın iyileştirmiştir. Amonyak ve aseton duyarlılığında net etki oluşturmamıştır. Ag/GS/nSi sensörleri amonyak ve aseton buharı sensörlerinde kullanıldığında analite tepki olarak üretilen kısa devre akımlarının amonyak için 40 kata kadar artış sergilediği, bu durum analit molekül boyutlarının da GS gözeneklilik etkisi gibi sensörler üzerinde etkili olduğunu kanıtlamıştır. Farklı GS ve Altın metal kullanılarak Au/GS/nSi yapıların amonyak ve aseton sensör uygulamaları gerçekleştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, fuel cell type alcohol, acetone and ammonia vapor sensors based on Metal/Porous silicon/nSi Schottky diodes and the effect of coating TiO2 on GS surface on these sensors are presented for the first time in the literature. The structures produce separate fuel cell-like short circuit currents with alcohol, ammonia and acetone vapors at room temperature without the need for any external power source. PS layers with two different morphologies were produced for four different alcohol vapor sensors and their effects on alcohol vapor sensitivity were investigated. It was determined that the devices subjected to alcohol vapor tests using four different alcohols (methanol, ethanol, 2-propanol and butanol) in the range of 50-350 ppm detected all alcohols with different short circuit current changes. Our sensors, which were determined to have the highest sensitivity to methanol with the lowest carbon chain, decrease their sensitivity depending on the carbon chain length. For both PS structures, the barrier height of the diodes decreased linearly with increasing methanol vapor concentration, while a shift in reverse bias breakdown voltages towards lower voltages occurred in the PS layered device with less sponge-like peak areas. When the morphological, optical and structural characterizations of the PS layers were examined together, it was seen that the morphological properties were decisive for the diode parameters at initial conditions and that these parameters were affected by alcohol vapor at different levels and with similar relationships. The short-circuit current created by the sensors in methanol vapor (50-350 ppm) at room temperature and atmospheric pressure depending on the alcohol vapor concentration varied between 1.00 and 150 nA.cm-2. The effect of TiO2 coating on GS surfaces improved methanol sensitivity weakly, while it improved ethanol sensitivity by almost 15 times. It did not have a clear effect on ammonia and acetone sensitivity. When Ag/GS/nSi sensors are used in ammonia and acetone vapor sensors, the short circuit currents produced in response to the analyte are increased up to 40 times for ammonia, proving that the analyte molecular size also has an effect on the sensors, as does the GS porosity effect. Ammonia and acetone sensor applications of Au/GS/nSi structures have been realized using different GS and Gold metals.
Benzer Tezler
- TiO2 - gözenekli silisyum eklemelerin elektriksel özellikleri
Electrical properties of TiO2 - porous silicon joint
MUSTAFA AYDIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
EnerjiYıldız Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÇİĞDEM ORUÇ
- Organik buharların tespitine yönelik gözenekli silisyum tabanlı elektriksel buhar sensörü
Sensing organic vapors using electrical vapor sensors based on porous silicon
OLGAY YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Bilim ve TeknolojiKocaeli ÜniversitesiElektro-Optik Sistem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERSİN KAYAHAN
- Gözenekli silisyum tabanlı sensörlerin hazırlanması ve incelenmesi
Preparation and investigation of porous silicon based sensors
SÜREYYA AYDIN YÜKSEL
Doktora
Türkçe
2010
Fizik ve Fizik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiFizik Bölümü
PROF. DR. EMİN DURUL ÖREN
- Mikro işlenmiş kristal silisyum yüzeyinde gözenekli silisyum üretilmesi ve karakterizasyonu
Formation and characterization of porous silicon on a micro-machined monocrystalline silicon surface
KUTAY APAYDIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SÜREYYA AYDIN YÜKSEL
- Sensör verisi birleştirme tekniklerinin çoklu kimyasal sensör için uygulaması
Application of sensor data fusion techniques to multi chemical sensor
MUSTAFA AKBUĞA
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TEVHİT KARACALI