High temperature superconducting YBa2Cu3O7-x transition edge bolometers (TEBs) for infrared region

Abstract

Bu çalışmanın temel amacı yüksek sıcaklık YBa2Cu3O7-x (YBCO) süperiletken kenar geçiş bolometrelerinin elektriksel ve bolometrik özelliklerini araştırmaktır. Bu çalışmada MgO, LaAlO3 ve SrTiO3 alt taşlar üzerine epitaksiyel olarak büyütülmüş YBCO ince filmler ilk olarak x-ışını kırınımı ve elektron mikroskobu ile yapısal olarak incelendi. Daha sonra bu filmler üzerine bolometre desenleri yapılarak elektriksel ve bolometrik karakterizasyonları yapıldı. Alınan sonuçlar RC modeline fit edildi. Bunlara ek olarak bu cihazların hassaslık ve ışık alınganlıkları gibi performans karakterizasyonları (figures of merit) yapıldı. Bu tezde desenleme ve bolometrik karakterizasyon için farklı alt taşlar üzerine büyütülmüş malzemeler kullanıldı. Malzemelerin elektrik ve bolometrik karakterizasyonundan sonra alınan sonuçlar RC modeli ile karşılaştırıldı. Ayrıca kenar geçiş bolometrelerinin performans karakterizasyonu için hassaslık (sensitivity, noise equivalent power) veya gürültü ve ışığı algılama kabiliyeti (Detectivity) ölçümleri (figures of merit) yapıldı. Bu çalışma sırasında desenleme işlemleri standart fotolitografik ve kimyasal oyma (etch) yöntemleri ile yapıldı. Farklı fiziksel boyutlarda dizayn edilen cihazların bolometre performansları üzerindeki etkileri araştırıldı. Elektriksel ve bolometrik karakterizasyon için direnç ? sıcaklık (R-T), tepki genliği ? sıcaklık (A-T), tepki genliği ? kesme frekansı (A-F) ve her aygıt için sabit kesme frekansında gürültü voltajölçümleri alındı. Son olarak gürültü ölçümleri kullanılarak aygıtların ışığı algılama kabiliyetleri hesaplandı ve sonuçlar literatür ile karşılaştırıldı.

The thesis focuses on electrical and bolometric characterization of high temperature superconducting YBCO transition edge bolometers. In this study, superconducting YBCO thin films grown on MgO, LaAlO3 and SrTiO3 substrates were first characterized structurally via x-ray diffraction and scanning electron microscopy. They then were patterned into bolometers and their electrical and bolometric characterizations were carried out. The results of these characterizations were fitted to the RC model. In addition, figures of merit for these devices, such as noise equivalent power (NEP) and detectivity, were measured and calculated.During this work, the patterning process was carried out by standard photolithographic processes and chemical etching. We have also investigated the effect of dimensions of our devices on the performance of bolometers. The electrical andbolometric characterizations comprised of resistance versus temperature (R-T), amplitude of response versus temperature, amplitude of response versus chopping frequency (A-F) and noise voltage measurements. Finally, the performance of ourdevices were compared to literature and found to be similar to or better than those of similar devices in literature.