GROWTH AND PREPARATION OF CADMIUM ZINC TELLURIDE(CDZNTE) DETECTOR CRYSTALS FOR X-RAY AND GAMMA RAY RADIATION APPLICATIONS
X-IŞINI VE GAMA IŞINI RADYASYON ALGILAMA UYGULAMALARI İÇİN KADMİYUM ÇİNKO TELLÜR (CDZNTE) ALGILAYICI KRİSTALLERİN BÜYÜTÜLMESİ VE HAZIRLANMASI
- Tez No: 750594
- Danışmanlar: PROF. DR. RAŞİT TURAN, PROF. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Radyasyon dedektörü, Tek kristaller, Yarı iletken kristaller, Radiation detector, Single crystals, Semiconductor crystals
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Kadmiyum Çinko Tellür (CdZnTe) kristalleri içerdiği çinko (Zn) oranına göre kızılötesi görüntüleme ve gama ışını algılanması gibi çeşitli uygulamalarda kullanılabilmektedir. Sahip olduğu yüksek atom numarası ve geniş yasak enerji aralığı sayesinde CdZnTe, X-ışını ve gama ışını gibi yüksek enerjili fotonların algılanmasında kullanılmak için geliştirmeye açık ve potansiyel sahibi bir malzemedir. Yüksek tayf çözünürlüğü elde edilebilmesi için HPGe malzemesinin soğutulması gerekmektedir fakat CdZnTe malzemesi oda sıcaklığında kullanılabilmektedir. Dahası, sintilasyon detektörleri gibi oda sıcaklığında çalışan diğer algılayıcı malzemeleri ile karşılaştırıldığında, CdZnTe malzemesi yüksek hassasiyet ve yüksek tayf çözünürlüğü sağlamaktadır. Bahsedilen avatajlarına rağmen geniş hacimli, tek tanecikli algılayıcı kalitesinde CdZnTe külçeleri büyütülmesi, CdZnTe algılayıcı üretimindeki en büyük zorluktur. Ayrıca yüzey hazırlama ve elektrot kaplama işlemleri de büyütülmüş kristallerin yüksek tayf hassasiyeti ile kullanılması için önemli ve kritik adımlardır. Bu doktora tez çalışmasında, CdZnTe kristalinin büyütülmesi ve hazırlanmasına yönelik çalışmalar üzerine odaklanılmıştır. Yüzey işlemleri için brom-metanol aşındırma işlemi optimize edilmiş ve düşük arayüz bariyeri ile yüksek mukavemet sağlayan elektrotsuz altın kaplama tekniği geliştirilerek elektrot kaplama süreci başarı ile bütün kristalleri için tamamlanmıştır. Kristal büyütme çalışmaları iki farklı büyütme yöntemi ile yürütülmüştür. Dikey Gradyanlı Katılaştırma (VGF) fırını ile algılayıcı kristallerin elde edilmesi için katkılama optimizasyonu ve In-Zn detaylı segregasyon analizleri gerçekleştirilmiştir. VGF yönteminin segregasyondan dolayı küçük kristallerde bile ciddi kompozisyon değişikliğine sebep olduğu gözlemlenmiştir. VGF ile büyütülmüş kristallerde elektron mobilite-yaşam ömrü çarpımı değeri 5.26 x 10-4 cm2/V, özdirenç değeri de 2.76 x 109 Ω.cm olarak elde edilmiştir. Elektron mobilite-yaşam ömrü çarpımı değeri ticari kristallerden daha düşük bir değere sahiptir. Devam eden büyütme çalışmaları hareketli ısıtıcı metodu (THM) fırını ile gerçekleştirilmiştir. Fırın kurulum çalışmalarından sonra büyütme parametrelerinin ayarlanması için gerekli çalışmalar yürütülmüştür. İlgili tez çalışması kapsamında gerçekleştirilen bir çok kristal büyütme işlemi 700 °C sıcaklıkta ve 2 mm/gün büyütme hızı ile gerçekleştirilmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda algılayıcı kalitesinde kristallerin elektron mobilite-yaşam ömrü çarpımı 6.7 x 10-3 cm2/V, özdirenç değeri ise 6.1 x 109 Ω.cm olarak elde edilmiştir. Ayrıca kaçak akım değeri 200 V gerilim altında 2 nA olarak elde edilmiştir. Bu değerler ticari olarak satın alınabilen kristaller ile karşılaştırılabilecek seviyededir. Bunlara ek olarak yapısal analizler düşük Te kusur yoğunluğu ve düşük XRD-FWHM değerleri elde edildiğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Cadmium Zinc Telluride (CdZnTe) crystals can be used for different applications according to its Zinc (Zn) concentrations, like infrared imaging and gamma radiation detection. Due to its high atomic number and wide bandgap, CdZnTe is the most promising material for the detection of high-energy photons, such as X-ray and gamma rays. While HPGe requires cooling for high spectral resolution, CdZnTe can be operated at room temperature. Furthermore, it provides high sensitivity and spectral resolution when compared with other room temperature detector materials, such as scintillator detectors. Despite those advantages, growing detector quality, large area, and single crystal CdZnTe ingots is the main challenge for CdZnTe detectors. Furthermore, surface finishing and electrode deposition are the other important steps to reveal the potential of the grown crystals. In this Ph.D. thesis, the growth and surface processes of CdZnTe crystals are focused on. Bromine-methanol etching is optimized for surface finishing, and an electroless gold plating technique has been developed for electrode deposition, which offers improved adhesion and a low interface barrier. Crystal growth studies are conducted using two different growth methods. In Vertical Gradient Freeze (VGF) furnace, the doping is optimized, and the segregation of In and Zn is analyzed in detail. It is seen that the VGF technique severely suffers a segregation problem which results in compositional variation even in a small detector crystal. VGF-grown crystals have reached 5.26 x 10-4 cm2/V mobility-lifetime product for electrons and 2.76 x 109 Ω.cm resistivity. The mobility-lifetime product is one order of magnitude lower than that of the commercial crystals. Further studies are conducted with the Traveling Heater Method (THM) furnace. Following the system installation, studies on determining the growth parameters are conducted. Several growth studies are conducted at 700 °C with 2 mm/day growth rate. It is observed that detector-grade crystals with 6.7 x 10-3 cm2/V mobility-lifetime product for electrons and 6.1 x 109 Ω.cm resistivity can be produced. Additionally, leakage currents as low as 2 nA at 200 V bias voltage are obtained. These values are comparable with the commercially available crystals. In addition, the structural analysis revealed low Te inclusion concentration and low FWHM for XRD-DCRC measurements.
Benzer Tezler
- Nanoscale surface finishing studies and characterizations of cadmium zinc telluride crystals
Kadmiyum çinko tellür kristellerinin nano düzeyde yüzey hazırlama çalışmaları ve karakterizasyonu
MERVE PINAR KABUKCUOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAŞİT TURAN
- Seçici ftalat tayini için kuantum noktalar içeren rasyometrik akıllı nanohidrojel sensörlerin geliştirilmesi
Development of imprinted fluorescent hydrogels containing quantum dots for phthalate analysis
HÜMA FİLİZ YILDIRIM
- Salvinia natans (L.) All. (su eğreltisi) türünde ağır metal (Pb, Cu, cd, Ni, As, Cr) stresinin, genotoksisite ve fotosentez üzerine etkisinin değerlendirilmesi
Heavy metal stress in species Salvinia natans (L.) All. (water fern), assessment of effect on genotoxicity and photosynthesis
SÜMEYYE YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
BiyolojiNevşehir Hacı Bektaş Veli ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ZELİHA LEBLEBİCİ
- Tatlı su eğreltisi Azolla filiculoides Lam. kullanılarak ağır metallerin fitoremediasyonu
Phytoremedi̇ati̇on of heavy metals, using the fresh water ferns Azolla filiculoides Lam.
YAHYA LEBLEBİCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
BiyoteknolojiNevşehir Hacı Bektaş Veli ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞAHLAN ÖZTÜRK
- Preparation and characterization of polymeric carriers releasing growth factors to use in wound healing
Yara iyileştirmede kullanılmak üzere büyüme faktörleri salan polimerik taşıyıcıların hazırlanması ve karakterizasyonu
EYLEM ÖZTÜRK