Işığa duyarlı yarıiletken gaz boşalma sisteminin fotoelektrik ve spektral özellikleri
Photoelectric and spectral properties of photosensitive semiconductor gas discharge system
Yazar: SEMA KARAKÖSE
Danışman: PROF. DR. BAHTİYAR SALAMOV ; DOÇ. DR. M.MAHİR BÜLBÜL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Dinamik özellikler = Dynamic properties ; Gaz boşalmaları = Gas discharges

Özet:
Atmosferik basınca kadar yüksek basınçlarda Ar boşalmasının uzay ve zaman dağılımıyla ilişkili olarak homojen durum ve koşulları InP fotokatotlu yarıiletken gaz boşalma sisteminde (YGBS) basıncın p, elektrot arası mesafenin d ve elektrot çapı D'nin fonksiyonu olarak deneysel açıdan incelenmiştir. Boşalma akımının kararlılığı ışığa duyarlı yarıiletken katodun uzaysal dağılımlı direncinin homojenliğiyle elde edilir ve düzlemsel gaz boşalma sisteminin kararlı çalışma modunun kontrolünde boşalma plazmasının iyonize bileşenlerinin etkisi akım dağılımını büyük oranda değiştirir. Göreli olarak yüksek elektrik alanda plazmanın uzaysal parametrelerini etkileyen çeşitli oluşum ve kayıp süreçlerini mikroaralık genişliğinde olan YGBS'de araştırdık. Aynı zamanda, InP katotlu gaz boşalma sisteminin Akım-Voltaj Karakteristikleri, Işıma-Voltaj Karakteristikleri ve tutuşmanın uzay ve zaman gelişiminin yeterli şartları altında Ar gazının Paschen eğrileri ikincil elektron emisyon katsayısının hesaplanması açısından deneysel kırılma çıktıları ve pd aralığına bağlı olarak değerlendirildi. Gaz boşalma ışık emisyonunun atmosfer basıncına doğru Ar ve hava ortamında arttığı gözlemlendi.InP:Fe fotokatotlu YGBS'de geçiş süreçlerinin dinamiklerinde voltaj genliğinin etkisi ve lineer olmayan özellikler akım bozulmasının mekanizmasını açıklamak için çalışıldı. Diğer taraftan, N-tipli osilasyon akımı ve histerezis özellikleri Fe kusur merkezleri nedeniyle, yarıiletken malzemede taşıyıcı geçişinin lineer olmayan mekanizmasıyla ilişkilidir.Mikroyapılı Yalıtkan Matris (MYM) atmosferik basınca kadar geniş basınç aralığında büyük alanlı homojen glow boşalmalarının oluşmasını sağlamaktadır. MYM'ye dayalı gaz boşalma aralığında kırılma voltajının düşük güç kullanımı açısından azaldığı, bununla beraber, akım değerinin ve ışık şiddetinin çalışılan basınca bağlı olarak arttığı tespit edildi. MYM'nin özel boşalma konfügürasyonunun avantajı uyarılma ve iyonizasyon verimini paralel plakalı yarıiletken katot geometrisinden dolayı artırmasıdır. Glow sonrası modda Ar plazmanın emisyon spektrum ölçümleri plazma hacim ve katot süreçlerine bağlı olarak YGBS'nin farklı uyarılma ve iyonizasyon durumlarını karakterize etmek için yapıldı ve deneylerde elde edilen 4p-4s atomik ve 4d-4p iyonize spektrum pik çizgileri ikincil elektronlar ve basınç açısından tartışıldı.Deneysel şartlar altında, özellikle yarı-kararlı durumlar gibi Ar türlerinin Paschen eğrisinin sağ kolunda plazma hacmi için boşalmanın sürekliliğinde önemli katkılar yapacağı gösterildi. Biz ana ilkelerin temelinde ışığa duyarlı yarıiletken katotlu termal olmayan ve büyük emisyon alanlı plazma ışık kaynaklarının elde edilmesinin mümkün olduğuna inanıyoruz.Anahtar Kelimeler : Kırılma, gaz boşalma, InP fotodetektör, dinamik özellikler, negatif diferansiyel direnç, yarıiletken gaz boşalma sistemi, boşalma ışık emisyonu, elektriksel kararsızlık, geçiş süreçlerinin dinamikleri, histerezis özellikleri, plazma spektrum.

Abstract:
Homogeneous state and conditions in relation to space and time distribution of Ar discharge at high pressures up to atmospheric pressure were experimentally investigated as a function of pressure p, interelectrode distance d and electrode diameter D in the semiconductor gas discharge system (SGDS) with InP photocathode. The stabilization of the discharge current is obtained by uniformity of the distributed resistance of photosensitive semiconductor cathode, and the impact of the ionizing component of the discharge plasma on the control of the stable operation mode of a planar gas discharge system considerably changes the current distribution. We studied the processes of various formations and losses in SGDS with microgap width affecting the spatial parameters of plasma in the relatively high electric field. At the same time, the Current-Voltage Characteristics and the Intensity-Voltage Characteristics of the gas discharge system with InP cathode and the Paschen curves of Ar gas under sufficient conditions of space and time development to ignition are evaluated, depending on the pd range and the outputs of experimental breakdown with respect to the calculation of secondary electron emission coefficient. It was observed that the gas discharge light emission (GDLE) increased in Ar and air medium towards the atmospheric pressure. The nonlinear features and the effect of the voltage amplitude on the dynamics of transient processes in the SGDS with a InP:Fe photocathode are studied to explain the mechanism of the current decay. On the other hand, the oscillatory current with N-shaped and hysteresis peculiarities are related to a nonlinear mechanism of carrier transport in the semiconductor material caused by Fe defect center. Micro-structured dielectric arrays (MSDA) allow large-area uniform glow discharges to be generated over a wide pressure range up to atmospheric pressure. It was determined that breakdown potential in gas discharge gap based on MSDA is decreased with respect to low power handling; however, GDLE and current values are increased, depending on the working pressure. An advantage of the specific discharge configuration of MSDA is that the excitation and ionization efficiency increases due to the parallel plate semiconductor cathode geometry. The emission spectrum measurement of Ar plasma in afterglow mode is performed to characterize the different excitation and ionization states of SGDS dependent on plasma volume and cathode processes and, the 4p-4s atomic and the 4d-4p ionized spectrum peak lines occurring in experiments were discussed with respect to secondary electrons and pressure. Under the experimental conditions, it is shown that the Ar species, especially metastable, will make important contributions to the maintenance of discharge into plasma volume in the right hand of Paschen curve. We believe that, on the basis of the outlined principles, it is possible to build non-thermal and large emitting area plasma light sources with photosensitive semiconductor cathode.Key Words : Breakdown, gas discharge, InP photodedector, dynamic properties, negative differential resistance, semiconductor gas discharge system, discharge light emission, electrical instabilities, dynamics of transient processes, hysteresis peculiarities, plasma spectrum.