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.