Fabrication and characterization of upconverting rf magnetron sputtered ytterbium-erbium silicate thin films

Üst-çevrim; güneş pilleri, kızılötesi algılama gibi geleneksel alanlardan biyolojik görüntüleme ve üç boyutlu ekranlar gibi yenilikçi alanlara uzanan geniş bir yelpazede uygulama alanı bulan bir araştırma konusudur. Ancak, literatürde genellikle üst-çevrim ana matrisleri olarak kullanılan ağır halojenürler kararsız kimyasal, mekanik ve termal özellikler sergilerler. Ağır halojenürlere alternatif olarak kullanılabilecek yüksek kararlılığa sahip oksitlerin ise yüksek fonon enerjilerinden dolayı üst-çevrim verimliliği düşüktür. Bu nedenle bizde ana matristeki ışıma merkezlerinin (erbiyum iyonları) sayısını artırarak yani katkı iyonları olarak kullanmak yerine bileşiğin bileşenleri olarak erbium iyonlarını kullanarak verimliliği arttırmayı amaçladık. Bu tezde kararlı özelliklere sahip erbiyum-iterbiyum disilikat (ErxYb2-xSi2O7) bileşiklerinin üst-çevrim özelliklerinin geliştirilmesi araştırılmıştır. Burada ayrıca, ince filmlerin üretiminde katot püskürtme metodu sadece tüm yüzeyde eşit biriktirme kabiliyeti için değil ayrıca silikon teknolojisiyle de uyumlu olduğu için de tercih edilmiştir. Bu tezde 1540 nm'den dalga boyuna sahip kızılötesi fotonları 980 nm dalga boyuna dönüştüren erbium-ytterbium disilikat ince filmler üretildi. Tavlama sıcaklığı ile erbiyum ve iterbiyum konsantrasyonlarının üst-çevrim verimliliği üzerindeki etkileri araştırıldı. Bunların sonucunda, 110 nm kadar ince erbium-ytterbium silikatlardan üst-çevrim elde edilmiş ve sonuçlar tez içerisinde verilmiştir. Ayrıca, bu çalışmada üretilen tüm filmler saf yakın kızılötesi ışıması (YKI)-YKI yukarı dönüşümü göstermiştir ve bu dönüşüm biyolojik görüntüleme ve parmak izi tespiti gibi literatürde yüksek dönüşüm verimliliğindense hassasiyetin daha fazla önemli olduğu düşünülen çeşitli uygulamalarda tercih edilir. Tüm bunların dışında yeni uygulamalar için de çok kullanışlı malzemeler olabilirler, örneğin bunlar ucuz bir silisyum tabanlı dedektörle birleştirip 1.1 μm'nin üzerindeki fotonları tespit etmek için kullanılabilirler. Üst-çevrim çalışmalarına ek olarak, bu tez kapsamında üretilen numunelerin PL ömürlerini ölçmek için de bir yöntem geliştirildi. Bu yöntem sayesinde kare dalga uyarımı ve bir kilit amplifikatörü bir arada kullanılabilir ve kare dalga uyarımı ile gerçek zamanlı yaşam süresi ölçülebilir.