Ultra-Geniş Enerji Bant Aralıklı Oksit Yarı iletkenler (β-Ga2O3 ve r-GeO2)

Düşük Basınçlı Kimyasal Buhar Biriktirme Sistemiyle İnce Film Büyütmeleri:
Özgün tasarım LPCVD sistemi kullanılarak tek kristal β-Ga2O3 ve r-GeO2 ince filmleri safir, SiC ve r-TiO2 gibi altlıklar üzerine heteroepitaksiyel olarak başarıyla büyütülmüşlerdir. Büyütme sistemi genel yapısı Şekil 1’de gösterilmiştir. Elementel ve birleşik formdaki katı kaynaklar alt oksit buharları elde edilerek Argon ile transferleri sağlanmış ve altlık üzerinde oksijen gazıyla uygun sistem basıncı ve büyütme sıcaklığında büyütme elde edilebilmektedir.


Şekil 1. Oksit bileşikler için özgün tasarım düşük basınçlı kimyasal buhar biriktirme sistemi dizaynı

Güç Elektroniği:

Güç elektroniği, elektrik enerjisinin dönüştürülmesi, kontrol edilmesi ve verimli bir şekilde iletilmesini inceleyen mühendislik alanıdır. Temel amacı, elektrik enerjisini bir biçimden diğerine dönüştürmek ve bunu minimum kayıpla gerçekleştirmektir. Bu dönüşümler arasında AC’den DC’ye (doğrultma), DC’den AC’ye (evirme), DC’den DC’ye (anahtarlamalı regülatörler) ve AC’den AC’ye (frekans dönüştürücüler) işlemleri yer alır.

Başlıca sektörler şunlardır:

  • Enerji ve Güç Sistemleri: Yenilenebilir enerji kaynakları (güneş panelleri, rüzgâr türbinleri) ve elektrik şebekesine entegrasyon. Kesintisiz güç kaynakları (UPS) ve enerji depolama sistemleri.
  • Ulaşım ve Otomotiv: Elektrikli ve hibrit araçlarda motor sürücüleri, batarya yönetim sistemleri, hızlı şarj üniteleri. Demiryolu ve metro sistemlerinde hız kontrolü.
  • Endüstriyel Otomasyon: Fabrikalarda motor sürücüleri, robotik sistemler, yüksek güçlü makine kontrol devreleri.
  • Havacılık ve Savunma: Uçaklarda güç yönetimi, radar ve iletişim sistemleri, askeri araçların enerji kontrolü.
  • Elektronik Cihazlar ve Tüketici Elektroniği: Bilgisayar güç kaynakları, telefon şarj cihazları, LED aydınlatma, ev aletleri.
  • Telekomünikasyon: Baz istasyonları, sinyal güçlendiriciler, veri merkezleri için enerji yönetimi.
  • Sağlık Teknolojileri: Medikal görüntüleme cihazları, lazer sistemleri ve hassas ölçüm cihazları için enerji kontrolü.
  • En yaygın güç elektroniği aygıtları arasında diyot, tristör, MOSFET ve IGBT bulunmaktadır. Diyotlar, tek yönlü akım iletimi sağlar ve özellikle doğrultma devrelerinde kullanılır. Tristörler, yüksek güçlü uygulamalarda AC akımın kontrol edilmesini mümkün kılar. MOSFET’ler, yüksek anahtarlama hızları nedeniyle düşük ve orta güç uygulamalarında tercih edilirken, IGBT’ler yüksek gerilim ve akım gerektiren endüstriyel sistemlerde yaygın olarak kullanılmaktadır.

    Bu alandaki projelerimizin temel amacı bu aygıtları yüksek verimle β-Ga2O3 ve r-GeO2 tabanlı ince film yarıiletkenler üzerine elde etmektir.

    Şekil 2. Örnek bir Schottky güç diyodu geometrisi.

    Güneş-körü Fotodedektörler:

    Güneş körü fotodedektörler, özellikle morötesi (UV) bölgede ışığa duyarlı, ancak görünür ve kızılötesi dalga boylarına karşı tepkisiz olan optoelektronik aygıtlardır. Bu özellik, onları “güneş ışığına kör” hale getirir ve yüksek sinyal-gürültü oranı elde edilmesine olanak sağlar. Geleneksel fotodedektörler geniş spektruma duyarlı olduklarından, görünür ve kızılötesi ışığın baskın etkisi altında UV sinyallerini doğru şekilde algılamakta zorluk yaşarlar. Bu durum, özellikle güneş ışığının yoğun olduğu açık alan uygulamalarında yanlış sinyallerin ortaya çıkmasına neden olur.

    Güneş körü fotodedektörler, bu sorunu ortadan kaldırarak yalnızca UV ışığı seçici bir şekilde algılar. Bu sayede alev algılama, erken yangın uyarı sistemleri, biyomedikal görüntüleme, çevresel izleme ve askeri uygulamalarda güvenilirlik artar. Ayrıca uzay araştırmalarında, atmosferin üst katmanlarındaki UV radyasyonunun ölçülmesinde kritik rol oynarlar.

  • Yangın ve Güvenlik Sistemleri: Alev ve kıvılcım algılama, erken yangın uyarı sistemleri.
  • Savunma ve Askeri Uygulamalar: Füze izleme, roket motoru alev tespiti, güvenlik sensörleri.
  • Uzay ve Atmosfer Araştırmaları: Güneş radyasyonu ölçümü, üst atmosferde UV izleme.
  • Çevre ve Endüstri: Ozon tabakası, hava kalitesi ve kirleticilerin UV üzerinden tespiti.
  • Biyomedikal ve Sağlık Teknolojileri: UV tabanlı sterilizasyon takibi, biyolojik görüntüleme ve tahlil cihazları.
  • Enerji ve Elektrik Sistemleri: Yüksek güçlü elektrik hatlarında ark tespiti, enerji altyapısında güvenlik uygulamaları.
  • Genel olarak foto iletken, metal yarıiletken metal (MSM), Schottky diyot ve p-n eklem yapılarda dizayna sahiplerdir. Aygıtlar UVC ışığın soğurulmasıyla elde edilen elektron ve boşlukların zıt kutuplarda sürüklenmesi ve toplanması sayesinde ışık uyarısında elektrik akım üretimi gerçekleştirilmesiyle çalışır.

    Şekil 3. Örnek bir dikey Schottky diyot fotodedektör dizaynı

    Projelerimiz:

    Genel olarak tek kristal yapıları büyütme, n-/ p-tipi katkılama ve temel güç elektroniği ve fotodedektör aygıt üretimi üzerine tamamlanmış ve halen yürütülen projelerimiz bulunmaktadır. Bununla beraber, başvuru aşamasında olan güç elektroniği ve güneş körü fotodedektör aygıtları geliştirmek üzere tasarlanmış projelerimiz bulunmaktadır.

    Tamamlanan ve yürütülmesi devam eden projelerimiz:

    Yürütücü olarak:

  • Tübitak 3501 Projesi (2019-2022): β-(AlxInyGa(1-x-y))2O3 Tabakalarının Düşük Basınç Kimyasal Biriktirme (LPCVD) ile Büyütülmesi ve Aygıt Uygulamalarının Gerçekleştirilmesi
  • Tübitak 1002 Projesi (2021-2022): Monoklinik Galyum Oksit (β-Ga2O3) Tabakalarının 4H- Silisyum Karbür (Sic) Üzerine Epitaksiyel Elde Edilmesi
  • Tübitak 1001 Projesi (2022-2025): Ultra Geniş Bant Aralıklı Rutil-GeO2 Tek Kristal Yapıların Düşük Basınçlı Kimyasal Buhar Biriktirme Yöntemiyle Büyütülmesi ve Karakterizasyonu
  • Araştırmacı olarak:

  • Tübitak 1001 Projesi (2025-2027): RF Eş-Saçtırma ile Ge Katkılı β-Ga₂O₃ İnce Film Üretimi ve Schottky Diyot Uygulaması