Nano ölçekli vanadyum oksit ince filmlerin tavlama süreçlerinin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of annealing processes of nanoscale vanadium oxide thin films
Yazar: ERCAN ŞENER
Danışman: PROF. DR. RAMİS MUSTAFA ÖKSÜZOĞLU
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu tez çalışmasında, düşük sıcaklıklarda gösterdiği yarı iletken fazdan iletken faza geçiş (SMT) özelliği ile kızıl ötesi termal dedektörlerde, mikro-elektronik ve optoelektronik cihazlarda, sensörlerde ve mikroelektromekanik (MEMS) sistemlerde yaygın olarak kullanılan vanadyum oksit ince filmlerin üretimi ve tavlama koşulları incelenmiştir.  Nano ölçekli vanadyum oksit (VOx) ince filmlerin, endüstriyel uygulamalar için gerekli olan elektriksel direnç (R), elektriksel özdirenç (ρ) ve yapısal optimizasyonuna yönelik üretimleri Vurmalı DC Reaktif Magnetron Sıçratma tekniği ile Si/SiO2, Si/SiO2/Si3N4 ve quartz alttaşlar üzerine yapılmıştır. Üretilen vanadyum oksit filmler azot ve argon atmosferinde sabit basınçta ve gaz akışı ile ve vakum ortamında 200 °C ve 275 °C de 1 ve 2 saat süre ile tavlanmış, tavlama koşulları ısıl iletim mekanizmaları açısından değerlendirilmiştir. Üretilen ve ısıl işlem uygulanan filmlerin elektriksel özellikleri Dört Nokta İğne Tekniği (FPP) yöntemi ile, yapısal özellikleri X-ışını Temelli Teknikler ve Raman yöntemi ile, yüzey özellikleri ise Atomik Kuvvet Mikroskobu (AKM) yöntemi ile belirlenmiştir. Üretim sonrası gerçekleştirilen ısıl işlemler sonrası,  nano boyutlu, yüksek oranda VO2 fazı içeren vanadyum oksit ince filmler elde edilmiş ve bu filmlerin, elektriksel direnç ve özdirenç, yüksek sıcaklığa bağlı direnç sabiti (TCR) ile yapısal özellikleri arasındaki ilişki ve termal kameralarda kullanılma potansiyeli değerlendirilmiştir.

Abstract:
In this thesis, the production and annealing conditions of vanadium oxide thin films widely used in infrared thermal detectors, microelectronic and optoelectronic devices, sensors and microelectromechanical (MEMS) systems due to semiconductor to metal phase transition (SMT) of vanadium oxide have been investigated. Nano-scale vanadium oxide (VOx)  thin films growth on Si/SiO2, Si/SiO2/Si3N4 and quartz substrates by pulsed DC reactive magnetron sputtering technique for industrial applications with required electrical resistance (R), electrical resistivity (ρ), temperature coefficient of resistance (TCR) and structural optimization of vanadium oxide thin films. The produced vanadium oxide films were annealed at 200 ° C and 275 ° C for 1 and 2 hours in a nitrogen and argon atmosphere at constant pressure and gas flow and in a vacuum atmosphere. Annealing conditions were evaluated in terms of thermal conduction mechanisms. Electrical characterization of produced and post-annealed films were determined by the Four Point Probe (FPP) method. Structural properties of the films have investigated by X-ray based techniques and the Raman method, and the surface characteristics were determined by the Atomic Force Microscopy (AFM) method. By post-annealing process, nano-scale, high amount containing VO2 vanadium oxide thin films, indicating suitable electrical resistance and resistivity and high temperature coefficient of resistance vanadium oxide thin films were produced and potential of these films for use in thermal cameras were evaluated.