Atomic layer deposition based titanium alloying of ZnO for microbolometer applications

Mikrobolometreler düşük maliyetliliği, CMOS prosesine uygunluğu, foton detektörleriyle karşılaştırılabilir performansından dolayı, hem ticari hem de tüketici elektroniği uygulamaları için soğutmasız kızılötesi detektörler arasında en iyi adaydır. Direnç tipi mikrobolometrelerin en önemli bölümü sıcaklığa duyarlı aktif malzemedir. Bu sıcaklığa duyarlı bölüm sayesinde elektrik sinyalindaki değişim, okuma devresi tarafından okunur ve termal görüntü oluşturulur. Literatürdeki birçok çalışmada çinko oksidin sıcaklığa bağlı direnç değişim katsayısının oldukça yüksek olduğu rapor edilmiştir. Fakat hala sıcaklıkla değişmeyen TCR özelliği elde edilememiştir. Bu çalışmada çinko oksidin TCR özelliğinin geliştirilmesi için titanyumla katkılama önerilmiştir. Çünkü titanyumdioksit metal oksitlerin Ellingham diyagramına göre her sıcaklıkta çinko oksitten termodinamik olarak daha kararlıdır. Titanyum, çinko oksit yapısı içerisinde oksijene bağlı kusurların azaltılmasını ve dolayısıyla çinko oksidin TCR özelliğinin geliştirilmesini sağlayabilir. Titanyum katkılı çinko oksit ince filmler, atomik katman biriktirme yöntemiyle büyütülmüştür. %2.5, %5.9 ve %12.2 titanyum içeren çinko oksit ince filmler elde edilmiştir. Büyütülen ince filmlerin malzeme karakterizasyonu yapılmıştır. Büyütülen filmlerden mikro direnç yapıları üretmek için ilk önce silikon alttaş Piranha-HF ve solvent temizliğine tabi tutulmuştur. Daha sonra alttaş ile direnç yapısı arasındaki elektriksel izolasyonu sağlamak için, plazma yardımcılı kimyasal buhar biriktirme yoluyla silikon oksit katmanı kaplanmıştır. Daha sonra atomik katman biriktirme yöntemiyle titanyum katkılı çinko oksit büyütülmüştür. Bu katman fotolitografi yoluyla şekillendirilmiş ve kontak metali termal buhar biriktirme yoluyla kaplanmıştır. Üretilen mikro dirençlerin ilk önce akım-voltaj karakterizasyonu daha sonra sıcaklığa bağlı direnç katsayısı ölçümü yapılmıştır. Malzemenin özdirenci yaklaşık olarak hesaplanmıştır. Üretilen yapılar sıcaklıkla değişmeyen ve yüksek sıcaklığa bağlı direnç katsayısına sahiptir.