Metal/ Yalıtkan/ n-GaAs hidrojen sensörlerinin araştırılması ve geliştirilmesi - Uğur, Nevin (My University, 2005)
Hidrojen, geleceğin ideal enerji kaynağı olarak düşünülmektedir. Hidrojen, çok çeşitli enerji kaynakları kullanılarak sudan üretilebilmekte ve kullanışlı ve çevreye zararsız bir enerji kaynağı haline dönüştürülebilmektedir. Hidrojen, yakıt olarak ocaklarda, içten yanmalı motorlarda, türbünlerde ve jet motorlarında günümüzde kullandığımız fosil kaynaklı yakıtlardan daha verimli bir şekilde kullanılabilmektedir. Günümüzde hidrojen, otomobillerde, otobüslerde, uçaklarda, ocaklarda ve hatta su ısıtıcılarında yakıt olarak kullanılmaktadır. Ayrıca, hidrojen, çok çeşitli uygulamalar sayesinde ile doğrudan yüksek verimle elektrik enerjisine dönüştürülebilmektedir (yakıt pilleri). Bütün bu sebeplerden dolayı, Hidrojen, enerji kaynağı olarak 21. yüzyıla damgasını vurmaktadır. Hidrojen; renksiz, kokusuz, boğucu, aşırı derecede yanıcı ve oldukça parlayıcı bir gazdır. Ayrıca, Hidrojen doğadaki bilinen en hafif gaz olup, havada hacimce % 4 oranında bulunursa parlar. Hidrojen hava ortamında yandığı zaman neredeyse hiç görünmeyen açık mavi bir alevle yanar ve tutuşma sıcaklığı 565,5 °C' dir. Bu sebeplerden, Hidrojen gazının enerji kaynağı olarak kullanımı az da olsa tehlike arzetmektedir. Bütün bu sebeplerden dolayı, Hidrojen gazının algılanması konusu büyük önem arzetmektedir. Bu çalışmada, Hidrojen sensörü olarak Pd/ n-GaAs (MS) ve Pd/ Nitrür/ n-GaAs (MIS) yapılar hazırlanmış, bu yapıların elektriksel karakterizasyonu belirlenmiş ve Hidrojen gazını algılamaya yönelik özellikleri araştırılmıştır. Çalışmada, MS ve MIS yapıların hazırlanması için (100) yönelimli n-tip epitaksiyel GaAs kristali kullanılmıştır. Yapıların metal tabakaları, Pd metalinin vakumlu ortamda ısıl yöntemle buharlaştırılmasıyla elde edilmiş olup yalıtkan nitrür tabakası ise elektrokimyasal anodizasyon yöntemi kullanılarak büyütülmüştür. Böylece, MS yapı ile birlikte farklı kalınlıkta nitrür tabakalarına sahip dört adet MIS yapı hazırlanmış ve nitrür yalıtkan tabakasına sahip MIS yapılarının Hidrojen gazını algılama özelliklerinin incelenmesinin yanısıra nitrür tabakasının kalınlığının Hidrojen duyarlılığa etkisi araştırılmıştır. MS ve MIS yapılarının elektriksel karakterizasyonu, yüksek saflıkta Azot gazı ortamında bilgisayar kontrollü MKS gaz akış kontrol cihazı ile Keithley 617 Model Elektrometre ve Lakeshore 430 Model Sıcaklık Kontrol cihazı kullanılarak 25 0C, 50 0C, 90 0C, 130 0C ve 170 0C sıcaklıklarında yapılmıştır. Hidrojen gazını algılama özellikleri yine yüksek saflıkta azot ortamında 25 0C, 50 0C, 90 0C, 130 0C sıcaklıklarda ve MS yapısı için 100 ppm, 200 ppm, 400 ppm, 600 ppm, 800 ppm Hidrojen gazı konsantrasyonlarında ve MIS yapıları için ise (20 ppm, 50 ppm, 100 ppm, 200 ppm, 500 ppm) Hidrojen gazı konsantrasyonlarında, Agilent 4285A Model Empedans Analizörü kullanılarak araştırılmıştır. Çalışmada elde edilen sonuçların ışığında, MS ve MIS yapılarının elektriksel karakteristiklerinden, tüm yapıların Schottky diyot davranışına benzer davranış gösterdiği tespit edilmiştir. Ayrıca, MS ve MIS yapılarının Hidrojen gazını algılama ölçümlerinden, MS yapısının 50 0C sıcaklıkta 100 ppm Hidrojen gazı konsantrasyonunu, MIS yapılarının ise 50 0C sıcaklıkta 20 ppm Hidrojen gazı konsantrasyonunu oldukça kısa sürede algılayabildikleri görülmüştür. Böylece, çalışmada hazırlanan MS ve MIS yapılarının Hidrojen sensörü olarak kullanılabileceği anlaşılmıştır. MIS yapılarının Hidrojen gazını algılama özellikleri, nitrür tabakasının kalınlığına ve sıcaklığa bağlı olarak incelenmiş ve sensörlerin duyarlıklarının, nitrür tabakasının kalınlığı ve sıcaklık arttıkça yükseldiği tespit edilmiştir. Böylece, elektrokimyasal anodizasyon yöntemiyle büyütülen nitrür tabakasının düşük konsantrasyonlu Hidrojen gazı için algılayıcı özellik taşıdığı anlaşılmıştır. Hydrogen is considered to be an ideal energy source in the future. It can be produced from water by using a variety of energy sources and it can be converted into useful energy forms efficiently. Hydrogen can be used as a fuel in furnaces, internal combustion engines, turbines and jet engines more efficiently than fossil fuels which are being used today. Automobiles, buses, trains, ships, airplanes and rockets can run on hydrogen. Hydrogen can also be converted directly to electricity by the fuel cells with a variety of applications. These wide range application area of hydrogen have driven researchers on the design and development of reliable and efficient hydrogen sensors.
Keywords: Fizik; Hidrojen; Hidrojen Sensörü; İletkenler; Yalıtkanlar; Yarıiletkenler