Terahertz dalgaları duyarlı soğutmasız vanadyum oksit bolometre dizisi

Abstract

Terahertz bölgesindeki araştırmalar ve bunun sonucu olan teknolojik gelişmeler son dönemde hızla artmıştır ve günümüzde terahertz bölgesinin uygulama alanları güvenlikten medikal görüntülemeye, patlayıcı tespitinden, örneklere zarar vermeden yapılabilen testlere ve geniş bant kablosuz iletişime kadar birçok alana yayılmıştır. Terahertz ışıması birçok plastikten, kumaşlardan geçer, metallerden yansır ve bilinen birçok patlayıcı malzemesinin tespitinde kullanılır. Bu avantajları ve uygulama alanlarının büyüklüğüne rağmen, ucuz, kompakt ve soğutmasız THz dedektör yapmanın zorluğu sektörün yavaş ilerlemesine neden olmaktadır. İstenilen bu özellikler sağlansa bile yapılan dedektörlerin performansı istenilen uygulama için yeterli olmayabilir. Şu anda yaygın olarak THz alanında kullanılan dedektörler, piroelekrik, Schottky bariyer diyotları, alan etkili transistörler, golay hücreleri olarak sayılabilir. Düşük duyarlılık, bir dizi haline getirme zorluğu ve düşük hızda çalışmaları bu dedektörlerin dezavantajlarıdır. Kızılötesi bölgede şu anda yaygın olarak kullanılan dedektörler, amorf silikon ve VOx tabanlı olanlardır. VOx dedektörler amorf silikondan yapılan dedektörlere göre daha düşük Johnson gürültüsüne sahip olmaları, soğutma gereksinimleri olmaması, düşük maliyetli olmaları ve kolay olarak bir dizi haline getirilebilmeleri nedeniyle daha çok tercih edilirler. Kızılötesi bölgede bu dedektör MEMS tabanlı yapılabilmektedir. Kızılötesi alanındaki bu başarısı nedeniyle VOx, terahertz bölgesi içinde gelecek vaat etmektedir. Fakat THz bölgesinde bu tip dedektörlerin yapılması için, büyük dalgaboyu nedeniyle MEMS tabanlı yapılamayıp yeni tekniklere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu proje kapsamında DC manyetik saçtırma sistemi ile hazırlanan VOx:Au ince filmler yüksek direnç sıcaklık katsayısı (TCR) değerlerine sahip olmaları için optimize edilmiş, THz bölgesinde çalışacak anten tasarımı yapılmış ve sonrada bolometre yapımında kullanılmıştır. TCR değerini iyileştirmek büyük oranda gaz oranları gibi kaplama parametrelerine bağlıdır. Bu parametreler en yüksek TCR değeri ve Au katkılama ile en düşük direnç elde edilince kadar değiştirilmiştir. Özgün olarak, yüksek özdirenç silikon yongalar üzerine büyütülen ve altın katkılanan bu filmler, bolometrenin THz bölgesinde verimli bir şekilde çalışmasını sağlamak amacıyla kullanılabilir. Aygıtın üzerine yapılan anten tasarımı, grubumuzun elinde bulunan 0.5 ile 0.75 THz arası kaynağa tepki vermesi için profesyonel bir yazılım olan CST Microwave Studio ile yapılmıştır. Tasarımı yapılan anten ve bolometre dizisi için UV Maske yapılmış ve litografi için kullanılmıştır.