DSpace@TEDU

Tümler-Metal-Oksit-Yarıiletken Teknolojisiyle Uyumlu Gerinimli Germanyum Işık Kaynağı Geliştirilmesi

Show simple item record

dc.contributor.author Boztuğ Yerci, Çiçek
dc.date.accessioned 2019-07-26T08:53:16Z
dc.date.available 2019-07-26T08:53:16Z
dc.date.issued 2018
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/20.500.12485/490
dc.description Devam ediyor en_US
dc.description.abstract Fotonik ve elektronik bileşenlerin aynı silisyum alttaş üzerine entegrasyonu, çipler arası iletişimi optik haberleşmeyle sağlamak ve kompakt lab-on-a-chip biyosensörler üretmek gibi önemli teknolojik gelişmelere imkan sağlayabilecektir. Optik haberleşmeyi sağlayacak olan bileşenlerin çipler üzerine entegrasyonu 100 Gbps ve daha yüksek veri iletim hızlarına erişilmesine neden olabilecektir. Ayrıca, orta kızılötesi dalga boylarında çalışan fotonik bileşenlerin, veri okuyan ve işleyen elektronik bileşenlerle aynı alttaş üzerinde geliştirilmesi lab-on-a-chip dediğimiz kompakt biyosensörlerin üretilmesine olanak sağlayabilecektir. Silisyum mikroüretim teknolojisiyle elde edilecek olan bu sensörler seri üretime elverişli olduğundan düşük maliyetli ve tek kullanımlık olabilecektir. Düşük maliyetli olması bu sensörlerin her sağlık kuruluşu tarafından temin edilebilir olmasını sağlarken, tek kullanımlık olması daha önceki ölçümlerden kaynaklanan kontaminasyon riskini yok ettiğinden daha güvenilir sonuçlar vermesini sağlayacaktır. Fotonik ve elektronik bileşenlerin entegrasyonunun yol açacağı bu önemli teknolojik gelişmeler, birçok araştırmacıyı silisyum mikroüretim teknolojilerinin kullanıldığı fotonik bileşenler dizayn etmek ve üretmek konusunda motive etmiştir. Bu entegrasyonun henüz mümkün olmamasının nedeni fotonik bileşenlerden biri olan lazerin silisyum tabanlı olarak üretilememesidir. Silisyumun dolaylı bant yapısı silisyumdan lazer üretmeye olanak tanımaz. Silisyum mikroüretim teknolojilerini kullanarak silisyum üzerine biriktirilebilen germanyum da dolaylı bant yapısına sahiptir, dolayısıyla germanyum da lazer üretimi için uygun bir yarıiletken değildir. Fakat silisyumdan farklı olarak germanyumun direk ve dolaylı bant aralığı enerjileri birbirine çok yakındır. Bu enerji farkı (0.14 eV), germanyuma çekme gerinimi uygulayarak azaltılır ve sıfıra kadar küçültülebilir. Dolayısıyla çekme gerinimi uygulanmış germanyum direk bant yapısına sahip bir malzemeye dönüştürülerek beraberinde ışıma verimliliği de arttırılır. Ayrıca çekme gerinimli germanyumun popülasyon evirmeye (population inversion) ulaşacak kadar uyarılabileceği de teorik ve deneysel çalışmalarla gösterilmiştir. Bu sonuçlara göre silisyum mikroüretim teknolojileriyle üretilebilen gerinimli germanyum, lazer üretmek için de uygun bir platformdur, ve böyle bir lazer fotonik ve elektronik bileşenlerin entegrasyonuna olanak sağlayabilecektir. Bu sonuçlardan motive olarak, bu proje kapsamında amacımız silisyum mikroüretim teknolojilerini kullanarak gerinimli germanyum tabanlı ışık kaynağı üretmektir. Gerinimli germanyum örnekleri, oldukça düşük maliyetle kristal germanyum (k-Ge) üretimine olanak sağlayan sıvı faz epitaksi (SFE) metoduyla üretilecektir. Literatürde bu metodla üretilen gerinimli germanyum ışık kaynağı henüz rapor edilmediğinden çalışmamız üretim tekniği açısından özgün olacak, ve literatüre önemli sonuçlar kazandıracaktır. Literatürde rapor edilen diğer üretim tekniklerine kıyasla SFE’nin en belirgin avantajı tümler-metal-oksit-yarıiletken (complementary-metal-oxide-semiconductor – CMOS) teknolojisiyle tamamen uyumlu olması ve saçtırma ve elektron demet biriktirme gibi yığılama tekniklerini kullanmaya dayandığından uygun maliyetli k-Ge seri üretimine olanak sağlamasıdır. Gerinim uygulanacak olan germanyumun deforme olmaması için yüksek kaliteli kristal yapısına sahip olması gerekir. SFE, iki yalıtkan tabaka arasında sıkıştırılmış amorf germanyumu (-Ge) hızlı ısıl tavlamayla eritip hızla soğutarak kristalleşmesini sağladığından gerinime dayanıklı k-Ge üretimi için uygun bir üretim tekniğidir. Germanyuma gerinim uygulamanın çalışılan en yaygın 3 tekniği vardır: germanyumu mekanik olarak gerdirmek, üzerine biriktirilen stresör tabakadan germanyuma gerinim aktarmak ve az miktarda gerinimle silisyum üzerine biriktirilebilen germanyumu desenleyerek küçük bir bölgeye gerinim lokalize etmek. Bu projede -Ge’yi içine hapseden yalıtkanlar doğal gerinimli (intrinsic strained) olarak üretilecek, ve germanyumu kristalleştirme işlemi sonrasında stresör olarak kullanılıp germanyuma gerinim aktaracaklardır. Aynı yalıtkan tabakayı üretimin farklı aşamalarında farklı rollerde kullanmak da bu projeye özgü olmanın yanı sıra literatürdeki diğer tekniklere kıyasla daha kısa sürede ve daha az işlem gerektirerek üretimi mümkün kıldığından avantaj sağlayacaktır. Uygun yalıtkan türüne karar vermek için 4 farklı yalıtkanın (silisyum dioksit, silisyum nitrür, titanyum dioksit ve çinko oksit) doğal gerinimli olarak üretilebilme potansiyelleri test edilecek ve işlem parametreleri optimize edilecektir. Bu zamana kadar rapor edilmiş çalışmalarda stresör tabaka olarak sadece silisyum nitrür ve tungsten malzemelerinin kullanıldığı düşünülürse, farklı stresör malzemelerin deneneceği bu proje özgün olacak ve sonuçlar, literatüre uygun stresör malzeme seçimi konusunda önemli katkı sağlayacaktır. Farklı geometrilerde üretilen k-Ge yapılarına gerinim aktarımı doğal gerinimli yalıtkanı desenleyerek sağlanacaktır. Ayrıca aktarılan gerinimi maksimize etmek amacıyla germanyumun askıda bırakıldığı mikroköprü yapılar da üretilecektir. Üretilen germanyum örneklerinin gerinim miktarları Raman spektroskopisi ölçümleriyle, ışıma verimliliklerindeki artışlar ise fotolüminesans ölçümleriyle karakterize edilecektir. Fotolüminesans spektrumlarının analizi yapılarak ölçülen gerinimli k-Ge yapılarında popülasyon evirme olup olmadığı belirlenecektir. Yapılardan gösterilecek olan popülasyon evirme sonuçlarının prestijli bilimsel dergilerde yer alması beklenmektedir. Son olarak, popülasyon evirmeye ulaşılması durumunda, SFE tekniğiyle uygun maliyetli üretilebildiğinden pratik kullanıma olanak sağlayan gerinimli germanyum tabanlı lazer üretimi konulu yeni bir araştırma önerisi sunulacaktır. en_US
dc.description.sponsorship TUBITAK 1001 en_US
dc.language.iso en en_US
dc.subject Electrical and Electronics Engineering en_US
dc.title Tümler-Metal-Oksit-Yarıiletken Teknolojisiyle Uyumlu Gerinimli Germanyum Işık Kaynağı Geliştirilmesi en_US
dc.type Project-TUBITAK en_US


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search DSpace


Browse

My Account

Statistics