Kuantum kademeli lazerlerde terahertz ışıma için nanometre ince film metal-metal birleştirilmesi
The metal-metal thin films thermo-compression in nanometric scale for terahertz radiation used in quantum cascade lasers structure
Yazar: SINA ROUHI
Danışman: PROF. DR. MEHMET ERTUĞRUL ; PROF. DR. LÜTFİ ÖZYÜZER
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı / Nanomalzeme  Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Amaç: Bu doktora tez çalışmasında, kuantum kademeli lazerler (QCL) yapısında kullanılan dalga kılavuzlarının vakum ortamında üretilmesi ve oksit fazı gibi her türlü safsızlık içermeyen arayüzey elde etmek ve bu yapıların karakterizasyonunun yapılması amaçlanmıştır. 
Yöntem: Bu çalışma sürecinde kaplama ile elde edilen metalik katmanlar arasında özgün bir termal baskı vakum sistemi tasarlanmıştır. Bu sistemde yapılan kaplamalar, yüksek vakum ortamında DC mıknatıssal saçtırma ve termal buharlaştırma teknikleri ile gerçekleştirilmiştir. 
Bulgular: Bu süreçte Ta ve Cu metal katmanlar sırasıyla GaAs taban malzemesinin yüzeyine kaplandıktan sonra, 430°C ve yaklaşık 40N mekanik basınç uygulanarak yapıştırılmıştır. GaAs taban malzemesi dalga kılavuzu için hem reseptör hem de aktif bölge alt taşı olarak rol almaktadır. Ek olarak 30 nm kalınlığındaki Tantalum tabakası, yapı içindeki Cu ve GaAs tabakaları arasında yapışma kabiliyeti sağlamak ve kuantum kuyusu yoğunluğunun artmasıyla görev almaktadır. 
Sonuç: Sonuç olarak, yaklaşık 1 mikrometre kalınlıkta görünen bir saf ve homojen bağlantı katmanı sahip olan dalga kılavuzu üretilmesi amaçlanmıştır. Bu Doktora tez çalışması sonucunda ortaya çıkan sonuçlara istinaden Cu-Cu arayüzey safsızlığı ve kontaminasyon oranını düşmesi bir yandan atom geçişleri ve foton yayılımını kolaylaştırsa da ortaya çıkan bağın güçsüz olması lazer performansında negatif etki yaratmaktadır.

Abstract:
Purpose: Nowadays detection of chemical and biological substances, medical and safety applications, astrophysics, etc. are possible by the development of the Terahertz (THz) frequency range radiation. Quantum Cascade lasers (QCL), are one of the Terahertz radiation sources and impurities such as oxide combinations or unwanted phases that formed in (QCL) interface structure results in high operating temperature and causes to increase in operational costs and lower performance of the laser. 
Method: In this thesis, a metal-metal thermo-compression system was designed and prepared for 3D integration of metal claddings, used in (QCL) structure in-situ conditions. The process occurs by DC magnetron sputtering and thermal evaporation technique, so the metal layers as, Ta and Cu are deposited on GaAs double surface and bonded by applying mechanical pressure under high vacuum state (10-6 torr), near 430°C and about 40 N of mechanical pressure, play role as both receptor and active region for waveguide.
Findings: Tantalum layer at 30 nm of thickness provides a good bonding ability between Cu and GaAs layers inside the structure. As a result, we tried to make a good compatibility homogenous layer junction, which appears approximately in 1 micrometer of thickness. 
Results: As the result, although the Cu-Cu interfacial impurity and contamination rate decreases and facilitates the atomic transitions and photon propagation, on the other hand, that results in weak bonding capability and causes a negative effect on laser performance.