Theses supervised by Prof. Dr. Mehmet Çakmak
11 theses · Gazi University
BNNT/TiO2(110) sistemlerinin yapısal ve elektronik özellikleri
(3,3) koltuk tipli tek duvarlı bor nitrür (BN) nanotüpün, Titanyanın (TiO2) rutil (110) yüzeyinin (1×2) yeniden yapılanmasına bağ yaparak tutunmasının yapısal ve elektronik özellikleri yoğunluk fonksiyoneli teorisine dayanan ab initio yöntemlerle incelendi. Elde edilen kararlı yüzeylerin ve kimyasal olarak tutunan (3,3) koltuk tipli tek duvarlı bor nitrür nanotüplerin atomik ve diğer önemli parametreleri araştırıldı. Ayrıca, elektronik bant yapıları ve yüzey durumlarının orbital doğası da karakterize edildi.
Al0.47Ga0.53N Schottky fotodedektör yapının optik ve morfolojik özellikleri
Bu tez çalışmasında, Al0.47Ga0.53N üçlü alaşımının oda sıcaklığında, 800, 900, 960 C' de 240 sn tavlama işlemleri uygulanarak, yüzey morfolojisi ve PL spektrumundaki değişim incelenmiştir. Her bir tavlama işleminden sonra alaşımın karakterizasyonu için Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) ve Fotolüminesans (PL) teknikleri kullanıldı. Tavlama sıcaklığına bağlı olarak yüzey pürüzlülüğü önemli ölçüde azaldı ve PL şiddetinde de tavlamaya bağlı olarak önemli bir artış gözlendi.Anahtar Kelimeler : AFM, FL, AlGaN, yüzey, dedektör
Atomların ve moleküllerin NiAl yüzeylerine tutunmasının yoğunluk yonksiyoneli teorisi ile incelenmesi
Bu çalışmada O, S, H, OH, SH, H2O ve H2S' nin NiAl(110)-(2?2) yüzeyi üzerinde tutunma enerjileri ve taban durumundaki yapıları atomik boyutta incelenmiştir. Hesaplamalar, psüdopotansiyel ve yoğunluk fonksiyoneli teorisine dayanmaktadır. Moleküllerin yüzey üzerindeki tutunma noktaları ile uyumlu bir şekilde S ve H için tutunma noktası olarak 2Ni?Al ve O için de 2Al?Ni noktası bulunmuştur. İncelenen atom ve moleküllerin NiAl(110) yüzeyine tutunmasının reaksiyon yolu hesabı olan NEB (The Nudged Elastic Band) şekline bakılmıştır. NEB hesaplamalarında tutunma enerjisinde bir enerji bariyeri gözlenmiştir. Elde edilen sonuçlar önceki deneysel ve teorik çalışmalarla karşılaştırılmıştır.
Titanya yüzeyine galyum nitrür nanotüp tutunması: Yapısal ve elektronik özellikler
Titanyanın (TiO2) rutil (110) yüzeyinin ve bu yüzeyin (1×2) yeniden yapılanmasına (3,3) koltuk tipi tek-duvarlı galyum nitrür nanotüp tutunmasının atomik ve elektronik özellikleri yoğunluk fonksiyoneli teorisine dayanan ab initio yöntemlerle incelendi. Elde edilen kararlı yüzeylerin ve kimyasal olarak tutunan galyum nitrür nanotüplerin atomik yapıları ve diğer önemli parametreleri tartışıldı. Ayrıca, temel bant aralığındaki yüzey durumları belirlenip, orbital yapıları elektronik yük yoğunlukları hesapları ışığında yorumlandı.
Nitrit temelli (III-V) yarıiletken heteroyapıların morfolojik ve elektriksel özelliklerinin incelenmesi
GaN(kep)/Al0,3Ga0,7N/AlN heteroyapının morfolojik, yapısal ve elektriksel özellikleri araştırıldı. Yüzey analizi ile vida tipli dislokasyonlu (~108 cm-2) yapının GaN yüzeyi, basamaklı mod ile büyütüldüğü gösterildi. Yapısal analizi ile heteroyapının kristal yapı kalitesi incelendi ve epitaksiyel tabakaları doğrulandı. Yapının elektriksel özelliklerin incelenmesinde; sıcaklığa bağlı (20-350 K) Hall etkisi ölçümü ile taşıyıcı yoğunluğu (nH) ve mobilite (µ) değerleri hesaplandı. Heteroyapının 2DEG tipli yapı sergilediği görüldü. Yapı üzerinde Schottky ve omik kontak oluşturularak, sıcaklığa bağlı (295-415 K) akım-voltaj (I-V), kapasitans-voltaj (C-V) ve iletkenlik-voltaj (G/w-V) ölçümleri yapıldı. Doğru beslem I-V ölçümlerinden; yapının idealite faktörü (n), seri direnç (Rs), potansiyel engel yüksekliği (?B), C-V ve G/w-V ölçümlerinden; arayüzey durum (Nss) yoğunluğu, taşıyıcı yoğunluğu (ND), Rs, ?B gibi temel elektriksel parametreler hesaplandı. Gaussian dağılım fonksiyonu kullanılarak, potansiyel engel yüksekliğinin ortalama değeri ( ) ve Richardson sabiti (A*) gibi önemli parametrelerin değerleri hesaplandı teorik sonuçlarla karşılaştırıldı.
III-V yariiletken yüzeylerine atom tutunmasinin yapisal ve elektronik özellikleri
Bu çalışmada, bazı III-V(001) yüzeylerinin atomik ve elektronik özellikleri yoğunluk fonksiyonel teorisine dayanan ab initio metodla hesaplandı. İlgili yüzeylerin kararlı bulunan yapıları için ayrıntılı olarak bant yapıları, kimyasal bağ yapıları ve bazı önemli parametreleri hesaplandı. Elde edilen sonuçlar mevcut deneysel ve teorik sonuçlarla kıyaslandı.
Titanya yüzeyine karbon nanotüp tutunması: Yapısal ve elektronik özellikler
(3,3) ve (6,6) koltuk tipli tek duvarlı karbon nanotüplerin, titanyanın (TiO2) rutil (110) yüzeyinin (1 2) yeniden yapılanmasına bağ yaparak tutunmasının yapısal ve elektronik özellikleri yoğunluk fonksiyoneli teorisine dayanan ab initio yöntemlerle incelendi. Elde edilen kararlı yüzeylerin ve kimyasal olarak tutunan nanotüplerin atomik yapıları ve diğer önemli parametreleri tartışıldı. Ayrıca, elektronik bant yapıları ve yüzey durumlarının orbital doğası da karakterize edildi.
Si ve Ge (111) yüzeylerine atom tutunmasının atomik ve elektronik özellikleri
Bu çalışmada, Si ve Ge (111) yüzeylerine bazı atomların tutunmasının atomik ve elektronik özellikleri yoğunluk fonksiyoneli teorisine dayanan ab initio yöntemlerle hesaplandı. Tl, Grup-IV ve Yb atomlarının ilgili yüzeylere tutunmasının kararlı geometrileri elde edildi. Kararlı geometriler için, atomik yapı parametreleri, elektronik bant yapıları ve yüzey durumlarının orbital doğası araştırıldı. Elde edilen sonuçlar mevcut deneysel ve teorik sonuçlarla kıyaslandı.
Grup III-V bileşik yarı iletkenlerde AFM yüzey karakterizasyonu
MOCVD ile safir alttaş üzerine büyütülen AlN, GaN tampon malzemelerin ve AlGaN/(AlN)/GaN heteroyapıların yapısal, morfolojik ve optik özellikleri araştırıldı. Numunelerin karakterizasyonu için XRD, AFM ve PL teknikleri kullanıldı. Safir alttaş üzerindeki AlN tampon tabakanın ve GaN tampon-AlGaN bariyer tabakaları arasına büyütülen AlN ara tabakanın, heteroyapılar üzerindeki etkileri incelendi. AlN tampon tabakanın, heteroyapıların kristal kalitesini ve yüzey özelliklerini geliştirdiği görüldü. AlN ara tabakanın heteroyapıların kristal kalitesini daha da geliştirdiği belirlendi. Ancak AlN ara tabakanın yüksek büyütme sıcaklığı nedeniyle heteroyapılarda daha pürüzlü ara yüzeyler oluşmasına neden olduğu bulundu. Ayrıca AlN ara tabakanın AlGaN bariyerdeki çekme gerinmesini basma gerinmesine dönüştürdüğü görüldü.
Vanadyum oksit tabanlı kızılötesi dedektör geliştirilmesi
Vanadyum oksit (VOx) bileşiklerinden VO2 ve V2O5 formundaki ince filmler, dirençlerinin sıcaklık katsayısının yüksek olması sayesinde soğutmasız kızılötesi dedektörlerde aktif malzeme olarak tercih edilmektedir. Ayrıca VOx filmleri Schottky diyot gibi elektronik aygıtların geliştirilmesinde de kullanılmaktadır. Fiziksel kaplama sistemleri ile polikristal olarak üretilebilen VOx filmlerinin, düşük direnç ve direncin sıcaklık katsayısının yüksek değerde olacak şekilde elde edilmesi kaplama süreçlerinin geliştirilmesine bağlıdır. Bu tez çalışmasında magnetron püskürtme tekniği kullanılarak büyütme süreçlerinin optimizasyonu ile VOx ince filmleri geliştirilerek karakterize edildi. Ayrıca kaplama sonrası ısıl etkinin filmlerin karakteristiklerine etkisi belirlendi. Bu kapsamda, ilk olarak, oda sıcaklığında, 30 mTorr çalışma basıncı altında n-Si ve korning cam alttaşlar üzerine 75 nm kalınlıklı V2O5 ince filmler biriktirildi. Tavlama sıcaklığının filmler üzerindeki etkisini gözlemlemek amacıyla geliştirilen filmler 300 ˚C ve 500 ˚C'de tavlandı. Elde edilen filmlerin yapısal, morfolojik ve optik özellikleri araştırıldı. Direnç ve direncin sıcaklık katsayısı açısından 500 ˚C'de tavlanan filmlerin avantajlı olduğu belirlendi. Bu veriler doğrultusunda 500 ˚C alttaş sıcaklığında ve 400 nm kalınlıklı V2O5 filminin elektronik aygıt ve kızılötesi uygulamalar için uygun olduğu belirlendi. Geliştirilen bu filmin aygıt uygulamasına bir örnek olarak metal/V2O5/Si (metal: Al, Au ve Ti) Schottky diyotları üretilerek karakterize edildi. İkinci olarak, 350 ˚C alttaş sıcaklığında n-Si ve korning cam alttaşlar üzerine farklı kalınlıklarda ve farklı kaplama basınçlarında VO2 ince filmler üretildi. Yapısal, morfolojik, optik ve elektriksel özellikleri araştırıldı. Film kalınlığının ve kaplama basıncının filmler üzerine etkisini araştırmak üzere yapılan bu çalışmada uygun film kalınlığı ve kaplama basıncı sırasıyla 150 nm ve 10 mTorr olarak belirlendi. Geliştirilen filmlerin kızılötesi algılamaya uygunluğunu belirlemek hedefiyle, bir örnek olarak, kristalinitesi yüksek, iyi optik ve elektriksel özelliklere sahip, düzgün morfolojide olan VO2 ince filmi interdijital olarak geliştirilen Au elektrotlar üzerine kaplanarak kızılötesi dedektör prototipi üretildi. Üretilen kızılötesi dedektörün TCR değerinin -1 %K-1 civarında olduğu belirlendi. Elde edilen bu duyarlılığın ticari kızılötesi dedektörlerin özelliklerine oldukça yakın olduğu değerlendirildi. Araştırmalar sonucunda, ince filmlerin üretimi, aygıt üretim süreçlerinin optimizasyonu ve tasarım başarısı, VOx ince film teknolojisine dayalı kızılötesi dedektör geliştirilmesinde ülkemize önemli bir katkı sağlayacağı düşünülmektedir.
SnO2 ince film gaz sensörlerinin geliştirilmesi
Bu tez çalışması kapsamında, RF magnetron püskürtme sistemi kullanılarak Si ve cam alttaşlar üzerine farklı kalınlıklarda (212 nm, 258 nm, 412 nm) katkısız SnO2 ince filmler kaplandı. Üretilen filmlerin yapısal, morfolojik, optik ve elektriksel karakteristiklerini belirlemek amacıyla sırasıyla XRD, AFM, UV-Vis ve Hall etkisi ölçüm sistemleri kullanıldı. Yapısal analizler sonucunda Si alttaşlar üzerinde SnO2 filmlerin oluştuğu tespit edildi. Filmlerin yüzey morfolojisi analizleri sonucunda yüzey pürüzlülük değerleri belirlendi. Katkısız SnO2 ince filmlerin enerji bant aralığı değerleri cam üzerine kaplanan numunelerin optik analizleri aracılığıyla belirlendi. Si alttaş üzerine farklı kalınlıklarda katkısız olarak kaplanan SnO2 ince filmlerin özdirenç ve Hall etkisi ölçümleri Van der Pauw tekniği kullanılarak 25-350 K sıcaklık aralığında 0,4 T'lik sabit manyetik alan altında gerçekleştirildi. SnO2 ince filmlerdeki mevcut iletim mekanizmasının metalik iletim olduğu tespit edildi. Gerçekleştirilen karakterizasyonlar neticesinde Numune C olarak adlandırılan katkısız SnO2 ince filminde gaz sensörü üretimine uygun parametreler olduğu tayin edildi. SnO2 gaz sensör aygıt üretimi; sırasıyla ısıtıcı fabrikasyonu, elektrot fabrikasyonu ve algılayıcı tabaka fabrikasyonu litografik işlem basamakları uygulanarak gerçekleştirildi. Üretilen gaz sensörünün, belirli çalışma sıcaklığında (25 °C, 100 °C, 200 °C), farklı bütan gazı konstantrasyonları (Hava, 250 ppm, 500 ppm, 750 ppm, 1000 ppm) altında gaz algılama özellikleri incelendi. Bütan gazına karşı duyarlılıkların 25 °C için ~% 0.45, 100 °C ve 200 °C için ise ~% 5 olduğu tespit edildi.