ŞEKİL HAFIZALI ALAŞIM ESASLI İNCE FİLM FOTODİYOTLAR

Abstract

Akıllı malzemelerin en önemli sınıfı olan şekil hafızalı alaşımlar (ŞHA'lar) ile nanoteknolojideki temel fotodiyot konularının birleşiminden oluşan bu doktora tezinin konusu nano-boyutlu ŞHA ince film bileşenli Schottky tipi ŞHA-yarıiletken fotodiyotların üretim ve karakterizasyonuna yöneliktir. Nano/mikro aktüatör/sensör gibi nano/mikroelektromekanik sistemler (N/MEMS) adı verilen aygıtlarda ŞHA filmlerin mekanik fonksiyonlarından faydalanılırken, metal kontak tabakası olarak sert (silisyum gibi) yarıiletken Schottky (foto)diyotlarda kullanılacağı durumlarda ise ŞHA'ların alaşım tür ve kompozisyonuna bağlı değişen vakum iş fonksiyonları, termal özellikleri, ve martensitik faz dönüşümlerine bağlı değişen dirençleri gibi elektriksel özelliklerinden faydalanılabilir. Sert alt malzeme üzerine kaplanan sert (NiTi) ŞHA filmlerin fiziksel etkiler (ısı, elektrik alan vb.) sonucu martensitik şekil değiştirmeleriyle oluşan mekanik gerilmeleri tahrip edici ŞHA film çatlaklarının oluşmasına sebep olmaktadır. NiTi ŞHA'ların üstün şekil hafıza özellikleri olsa da, daha az şekil hafıza yetenekli ancak daha yumuşak ve ucuz olan Cu-bazlı ŞHA'lara nazaran daha küçük elektriksel ve termal iletkenliklere sahiptirler. Bu nedenle, sert yarıiletken tabanlı Schottky kontak (foto)diyotlarda NiTi yerine Cu-bazlı ŞHA ince filmlerin kullanılması daha iyi bir alternatif gibi görünmektedir. Bu tez, bir kısmı yeni üretilen ve karakterizasyonları yapılan farklı kompozisyon ve martensitik dönüşüm sıcaklıklarına sahip Cu-bazlı külçe ve şerit ŞHA'ların nano kalınlıklı ince metal film tabakaları halinde n-Si waferlar üzerine termal buharlaştırmayla kaplanarak başarıyla üretildiği yeni Schottky tipi Cu-bazlı ŞHA/n-Si/Al fotodiyotların foto-elektriksel akım-gerilim (I-V), akım-zaman (I-t) ve kapasite-gerilim (C-V) karakterizasyon ölçümleri yapılmış ve temel Schottky diyot ve fotodiyot parametrelerinin ve bu parametrelerden de bazılarının ŞHA-fotodiyotlar için ilk kez belirlenmiş olduğu ŞHA-fotodiyotlar üzerine yapılan ilk tez çalışması olup üstün fotodiyot özellikleri elde edilmiştir.

The subject of this doctoral thesis, which consists of a combination of shape memory alloys (SMAs), the most important class of smart materials, and photodiodes, one of the main research topics of nanotechnology, is about production&characterization of Schottky type photodiodes with nanosized SMA thin film components. While the mechanical functions of SMA films are utilized in devices called nano/microelectromechanical systems (N/MEMS) like nano/micro actuators/sensors, only the electrical&thermal properties of SMAs such as vacuum work functions tunable by alloy type&composition, electrical&thermal conductivities, and resistance varying by martensitic phase transformations can be benefited when SMAs are used as metal contact layers in hard semiconductor (e.g. silicon) based Schottky diodes. Destructive SMA thin film cracks in such hard (NiTi) SMA films coated on hard substrates occur by stresses generated by martensitic shape changes triggered by physical forces (heat, electrical field etc.). Although NiTi SMAs have superior shape memory properties, they have smaller electrical&thermal conductivities when compared to cheaper Cu-based SMAs with less shape memory abilities but softer. Therefore, using Cu-based SMA thin films in (photo)diodes seems to be a better alternative. In this first thesis on SMA-photodiodes, novel Schottky type Cu-based-SMA/n-Si/Al photodiodes were successfully produced by coating nano-films of Cu-based SMAs, some of them were new produced Cu-based ingot and strip SMAs, all with different compositions and martensitic transformation temperatures, on n-Si wafers via thermal evaporation and their basic Schottky diode and photodiode parameters were determined, and some of these parameters for SMA-photodiodes were determined for the first time, by performing photo-electrical current-voltage (I-V), current-time (I-t) and capacitance-voltage(C-V) measurements and high-quality photodiode features were obtained.