Yarı iletken gaz boşalma sisteminde plazma süreçlerinin özellikleri
Pecularities of plasma processes over semiconductor gas discharge system
Yazar: AYŞE İNALÖZ
Danışman: PROF. DR. TOFİG MAMMADOV
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada termal olmayan plazma işlemleri neon (Ne) gazı ortamında düzlemsel bir boşalma hücresindeki gaz boşalması, yarıiletken elektrodun farklı alan çapları D, farklı elektrotlar arası mesafeleri d ve Ne gazı için atmosfer basıncına kadar incelendi. GaAs yarıiletken katotlu gaz boşalma sisteminin akım voltaj karakteristikleri (AVK) ve Işık Şiddeti-Voltaj Karakteristiği geniş bir gaz basıncı p (15÷760 Torr) aralığında deneysel olarak araştırıldı. Ne gazından elde edilen deneysel sonuçlar hava ortamındaki sonuçlarla karşılaştırıldı. p ? 220 Torr için Hava ortamında boşalma ışık emisyonu (BIE) şiddetinin oldukça azaldığı ve atmosfer basıncına doğru yok olduğu, buna mukabil Ne için özellikle atmosfer basıncına doğru en yüksek BIE şiddetine ulaşıldığı tespit edildi. Kararlı boşalma bölgeleri ve kontrol edilebilir çalışma rejimi termal olmayan plazma işlemleri için belirlendi. Elde edilen en önemli sonuçlardan biri Ne gazı ortamında, atmosfer basıncında Townsend boşalmasının elde edilmesidir. Yarıiletken gaz boşalma sisteminin (YGBS) kararsız olduğu şartlar belirlendi. EL2 derin elektronik seviyelerin varlığının, materyalin N-tipli NDD' sine ve sonuç olarak GaAs fotodetektöre yeterince yüksek voltaj uygulandığında akım osilasyonlarına yol açtığı tespit edildi. Ayrıca, YGBS'nde BIE'nin bölgesel olarak artma olanağı araştırıldı.Mikrokanallı yalıtkan ayırıcı kullanılarak gaz boşalma aralığında kırılma voltajının (Uk) yaklaşık 100 V azaldığı ve akım değerinin iki katı kadar arttığı tespit edildi. YGBS'nde mikrokanallı yalıtkan ayırıcının kullanılması ile Ne ortamında ışık şiddetinin 3 katı arttığı tespit edilmiştir. Kızılötesi görüntüleri görünür bölgeye çevirmek için dizayn edilmiş olan ışığa duyarlı YGBS'nde optimal çalışma şartları tespit edilmiştir. Ne gazı ortamında ve atmosfer basıncında çalışabilen, yarıiletken katotlu, geniş bir emisyon alanına sahip, UV ve görünür bölgede homojen bir ışık kaynağı geliştirildi.

Abstract:
In this study, non-thermal plasma process in a planar gas discharge system with Neon gas environment was studied experimentally at various interelectrode distances d and different inner diameters D of the electrode areas of the semiconductor cathode up to atmospheric pressure. The Current-Voltage Characteristics (CVC) and Light intensity-Voltage Characteristics of the gas discharge system with GaAs cathode have been studied in a wide range of the gas pressure p (15÷760 Torr). Experimental results which were obtained from Ne gas were compared with the results from air. Gas discharge light emission intensities decrease in air medium for p ? 220 Torr and decay towards atmospheric pressure. On the other hand, the highest gas discharge light emission intensity values were reached for Ne towards atmospheric pressure. Stable discharge regions and controllable working mode were identified. Obtaining Townsend discharge at atmospheric pressure when Ne used is one of the most important results. Also the conditions were underlined which semiconductor gas discharge structure (SGDS) is unstable. The presence of deep electronic levels of defects, called EL2 centers, results the N-type NDR of the material, caused to oscillations in current when a dc voltage of a high magnitude is applied to a GaAs photodetector. Possibilities regarding increase of gas discharge light emission intensity for SGDS were investigated.Breakdown potential (Ub) is decreased around 100 V by using dielectric microchannel dielectric spacer in gas discharger gap. Light intensity is multiplied three times in SGDS with Ne environment by using dielectric microchannel spacer. Optimal working conditions are determined for SGDS designed to convert infrared images to visible region. By using the infrared light to excite the semiconductor cathode of the system, we have shown that the uniform discharge light emission of the device with Ne in the gap can serve as a source of UV and visible light at atmospheric pressure.