Kızılötesi ışık kıyıcı geliştirilmesi
Development of infrared light chopper
Yazar: YUSUF MERT GÜMÜŞAY
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN ÖZÇELİK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies

Özet:
Pyroelektrik termal kameralarda ışığın modüle edilmesi gerekmektedir. Bu işlem için chopper adı verilen ışık kıyıcı kullanılır. Yapılan çalışmada üretilen ışık kıyıcı, Silisyum (Si) alttaş yüzeyi Arşimedyan eğrisi şeklinde desenlenmiş ve işlem görmemiş desensiz bölge olmak üzere temel olarak iki kısımdan oluşturuldu. Desenli bölgenin dedektörün çalışma aralığı olan IR dalga boyu aralığında (8-12 µm) geçirgenliğin %25 civarında; desensiz olan bölgede ise %90 üzerinde olması hedeflendi. Desenli bölge litografi yöntemi ile alttaş üzerine oluşturuldu. Dedektör üzerine düşürülen ışık, ışık kıyıcı yardımıyla sinüsoidal dalga halini alır ve sensörde oluşan ısı farkları dedektörde polarizasyon oluşturarak elektrik akımına dönüştürülür. Bu çalışmada, katkısız Si alttaş üzerine termal buharlaştırma metodu ile çinko sülfür (ZnS) ince film kaplanarak IR bölgedeki ışık geçirgenliğini arttırmak hedeflendi. İlk olarak ZnS filmlerinin termal buharlaştırma tekniği ile Si, safir ve cam alttaşlar üzerine farklı alttaş sıcaklıklarında gerçekleştirildi. Büyütülen filmlerin karakterizasyonu yapıldı. Daha sonra kaplamalar nihai alttaş olan 69 mm çapında 650 mikron kalınlığında katkısız Si (100) alttaş üzerine 10-6 mbar basınçta gerçekleştirildi. %99.9 saflıkta ZnS pellet ve Sulfide (S) toz iki pota kullanılarak eş zamanlı olarak buharlaştırıldı ve bu sayede yüzeyde oluşacak sülfür eksikliğinin önüne geçilmesi hedeflendi. Oluşturulan kaplamaların kalınlığı Stylus tip (VEECO- DEKTAK 150) profilometre ile ölçüldü. Yapısal analizler için X Işını Kırınımı Difraktometresi (XRD), ve X-Ray Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) Nanomanyetik Marka Pro-AFM sistemi, optik geçirgenlik analizi için Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) teknikleri kullanıldı. Optik analizler sonucunda 1100nm kalınlığındaki örneklerin IR bölgedeki geçirgenliğinin desensiz bölge için %90, desenli bölge için ise %25 civarında olduğu gözlendi. Elde edilen yapısal ve optik sonuçlar değerlendirildiğinde tek başına ZnS pelletten yapılan kaplamanın buharlaşma esnasında Sülfürce fakirleştiği gözlendi. Bu durumu önlemek için, ZnS ve S malzemeleri Termal Eş-Buharlaştırma Tekniği ile birlikte buharlaştırılmış ve tek katman ZnS yapısının başarılı bir şekilde gerçekleştirildiği gözlenmiştir.

Abstract:
In pyroelectric thermal cameras, the light falling on the detector takes the form of a sinusoidal wave with the help of a light chopper, and thus, the image is obtained by converting the temperature differences in the sensor into electric current. The chopper consists of two parts on the surface of the Silicon (Si) substrate, one is Archimedean spiral and the other is a non-patterned surface. It is aimed to achieve a permeability of approximately 30% in the patterned area and 90% or more in the non-patterned surface. The Archimedes spiral, which converts the light into a sinusoidal wave, is patterned on the surface by lithography method. In this work, Firstly, ZnS films were coated on Si, sapphire and glass substrates at different substrate temperatures by thermal evaporation technique. After the characterization of the thin films, needed product Si chopper which is 69 mm diameter and 650 um thickness is coated at 1100 nm thickness at room temperature by thermal evaporation method to increase transmittance in IR wavelength. Coatings were carried out using a ZnS pellet and Sulfide of 99,9% purity at 10-6 mbar. ZnS pellet and Sulfide powder in different evaporation boats were evaporated at the same time to prevent deficiency of Sulfide on thin film surface. Thickness of deposited thin films are measured by a tylus type (Dektak150) profilometer. structural properties of the films were evaluated by X-Ray Diffractometer  (XPS) systems Optical properties are evaluated by Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). As a result of optical analysis, it is observed that IR transmittance of samples with 1000 nm thickness is 90% at unpatterned and about 25% at patterned surface. Optical and structural analysis show that sulfide deficiency occurs on the surface of thin film by evaporating only ZnS pellet. In this work proper one-layer ZnS pattern without sulfide deficiency is obtained by evaporating ZnS pellet and sulfide powder at the same time by using thermal evaporation technique.