Vanadyum pentaoksit temelli optik sensörlerde numune kalınlığının ve tavlama sıcaklığının sensör parametrelerine etkisi
The effect of sample thickness and anneali̇ng temperature on sensor parameters in vanadium pentoxide based optical sensors
Yazar: EVREN ERDİL
Danışman: PROF. DR. SELİM ACAR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Kaplama = Coating ; Optik sensörler = Optical sensors ; Vanadyum pentoksit = Vanadium pentoxide ; İnce filmler = Thin films

Özet:
Bu çalışmada, Vanadyum pentaoksit (V2O5) hedef malzemesinin kalınlığının ve uygulanan tavlama sıcaklığının optik sensörler üzerindeki etkisi incelendi. Bu kapsamda RF magnetron sıçratma yöntemi ile 2000, 3900 ve 6000 saniye süresince V2O5 hedef malzemesi, n-tipi (100) Si alttaş üzerine kaplandı. Farklı sürelerde yapılan kaplama işlemleri sonucunda, farklı kalınlıklarda ince filmler elde edildi. Kaplama sonrası ince filmlerin her biri sırasıyla 450°C, 500°C ve 550°C de 1 saat boyunca hava ortamında tavlandı. Tavlanan ince filmlerin morfolojik yapısının incelenmesi amacıyla taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri alındı. İnce filmlerin yapısal karakterizasyonu için X-ışını kırınım (XRD) yöntemi kullanılarak kırınım desenleri elde edildi. Yapılan XRD ölçümleri sonucunda V2O5' in litaratürle uyumlu pik verdiği ve kristal yapıda olduğu gözlendi. SEM görüntülemeleri sonucunda genel olarak tavlama sıcaklığı arttıkça tanelerin daha belirgin hale geldiği gözlendi. Ardından her bir film üzerine DC magnetron sıçratma yöntemi kullanılarak 100 nm altın IDT elektrot kaplanarak sensör aygıtları oluşturuldu.  Oluşturulan sensörlere beyaz ışık altında 0 mW/cm2 ile 100 mW/cm2 güç aralığında 20mW/cm2 aralıklarla farklı ışık şiddetlerine bağlı akım-gerilim (I-V) ve akım-zaman (I-t)  ölçümleri yapıldı. Üretilen her bir sensörün ışığa karşı duyarlı olduğu tespit edildi. Işığa karşı en yüksek duyarlılık 6000 saniye V2O5 kaplanıp, 450°C'de tavlanarak elde edilen  sensörde  görüldü. Elde edilen sonuçlara göre, V2O5  ara yüz malzemesinin yapının elektriksel parametrelerini pozitif yönde etkilediği ve bu yapının iyi bir optik sensör olarak kullanılabileceği tespit edildi.

Abstract:
In this work, the effects of the thickness of the Vanadium pentaoxide (V2O5) target material and the applied anneling temperature on the optical sensors were investigated. In this context, V2O5 target material for 2000, 3900, 4000 second by RF magnetron sputtering method, n type (100) was coated on silicon substrate. Thin films of diferent thicknesses were obtained as a result of coating processes carried out at different times. After coating, each of the thin films was annealed in air for 1 hour at 450°C, 500°C and 550°C respectively. Scanning electron microscope (SEM) images were taken to examine the morphological structure of the annealed thin films. For the structural characterization of thin films, diffraction patterns were obtained using the X- ray diffraction (XRD) method. As a result of XRD measurements, it was observed that V2O5 gave a peak compatible with the literatüre and had a crystalline structure. As a result of SEM imaging, it was observed that the grains became more distinct as the annealing temperature increased. Then, sensor devices were formed by coating 100 nm gold IDT electrodes on each film using the DC magnetron sputtering method. Current-voltage (I-V) and current- time (I-t)  measurements depending on different light intensities were made on the sensors created under White light, in the power range of 0 mW/cm2 to 100 mW/cm2, at 20 mW/cm2 intervals. It was determined that each sensor produced was sensitive to light. And the highest sensitivity was seen in the sensor obtained by coating V2O5 for 6000 seconds and annealing at 450°C. According to the results obtained, it was determined that the V2O5 interface material positively affected the electrical parameters of the structure and this structure could be used as a good optical sensor.