ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ 6. ULUSAL KONGRESİ 11-17 Eylül 1995 BURSA TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK MİMARLIK FAKÜLTESİ ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ TÜBİTAK
ISBN : 975-395 -154 - X Baskı : K A R E AJANS & MATBAACILIK Litrosyolu, 2. Matbaacılar Sanayi Sitesi C Blok No : 4 NC 25 Topkapı - İstanbul Tel: (0212) 544 09 79-544 92 85
ÖNSÖZ TMMOB Elektrik Mühendisleri Odası, Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Elektronik Mühendisliği Bölümü ve TÜBiTAK'ın işbirliği ile 11-17 Eylül 1995 tarihleri arasında düzenlenen Elektrik Mühendisliği 6. Ulusal Kongresine hoşgeldiniz. Hazırlık çalışmaları yaklaşık bir yıl önce başlayan Kongreye, Üniversitelerimiz, araştırma ve endüstri kurumlarında çalışan meslektaşlarımız büyük ilgi göstermiş ve toplam 450 civarında bildiri başvurusu olmuştur. Aydınlatma Tekniği, Ar-Ge ve Teknoloji Üretimi, Bilgisayar ve Kontrol, Devreler ve Sistemler, Elektronik, Elektromagnetik Alanlar ve Mikrodalga Tekniği, Elektrik Makinaları, Elektrik Enerji Üretimi ve Dağıtımı, Eğitim, Güç Elektroniği, Haberleşme Tekniği ve Sistemleri, Ölçme Tekniği, Tıp Elektroniği ve Yüksek Gerilim Tekniği konularına göre ayrılan bildiriler, yürütme kurulunca belirlenen değerlendirme kuralları çerçevesinde uzmanlarca değerlendirilerek, yaklaşık 300 kadarının oturumlarda sunulması uygun bulunmuştur. Üç Ayrı ciltte toplanan bildirilerin, Aydınlatma Tekniği, Enerji Üretim, İletim ve Dağıtımı.Yüksek Gerilim Tekniği, Güç Elektroniği, Elektrik Makinaları birinci ciltte, Elektronik, Elektromağnatik Alanlar ve Mikrodalga Tekniği, Haberleşme Tekniği ve Sistemleri, Ölçme Tekniği, Tıp Elektroniği ikinci ciltte, Bilgisayar ve Kontrol, Eğitim ve diğerleri üçüncü ciltte yer almıştır. EMO ve Üniversitelerin temsilcilerinin yanısıra kamu ve özel sektör temsilcilerinin de yer aldığı Kongre Danışma Kurulu'nca belirlenen görüşler çerçevesinde, Elektrik-Elektronik Mühendisliğini ilgilendiren çeşitli konularda paneller ve çağrılı bildiriler de düzenlenmiş bulunmaktadır. Türkiye'de Elektrik-Elektronik Sanayinin Konumu, AB İle Bütünleşmesi ve Perspektifler, Elektrik- Elektronik Mühendisliğinde Eğitim, Altyapı Hizmetleri Özelleştirme ve Düzenleyici Erk, Türkiye'nin Elektrik Enerji Sisteminde Yapısal Değişiklikler ve Politikalar konulu paneller ve Bilgi Çağının Anahtar Teknolojisi; Mikroelektronik, Mikrodalga Enerjisinin Endüstriyel Uygulamaları, Bilgi Toplumu ve Internet, Elektrik-Elektronik sanayinin Gelişiminde Ar-Ge'nin Önemi, Nükleer Güç Santrallerinin İşletmesindeki Teknik Sorunlar ve Çevre Konulu çağrılı bildirilerle konuların tartışılacağı, bilimsel yaklaşımlarla çözüm ve önerilen geliştirileceği, ilgili kurum ve kuruluşlara önemli katkılar sağlayacağı inancındayız. Kongrede çağrılı bildiri ve panellere katılarak değerli katkılarda bulunacak değerli bilim adamları ile özel ve kamu kuruluş yetkililerine sonsuz teşekkürlerimi sunuyorum. Bugüne kadar iki yılda bir düzenli olarak yapılan, bilimsel niteliği ve katılımı giderek artan Elektrik Mühendisliği Ulusal Kongresi, Ülkemizde yapılan bilimsel ve teknolojik çalışmaların nitel ve nicel özelliklerini yansıtması bakımından önem arzetmektedir.' Kongrenin, izleyiciler ve delegeler için başarılı olmasını, ülkemizin bilimsel ve teknolojik çalışmalanna yön ve ivme vermesini diliyor, hazırlık çalışmalarımıza özenle katkı sağlayan değerli TMMOB Elektrik Mühendisleri Odası Yönetim Kuruluna, Elektrik Mühendisleri Odası Bursa Şubesi Yönetim Kuruluna ve Çalışanlanna, Bilim Kurulu, Danışma Kurulu, Yürütme Kurulu ve Sosyal İlişkiler Komisyonu üyeleri ile emeği geçen tüm arkadaşlanmıza destek ve katkıları için teşekkür ediyorum. Prof. Dr.Ali OKTAY Yürütme Kurulu Başkanı
ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ 6.ULUSAL KONGRESİ YÜRÜTME KURULU Prof. Dr.Ali OKTAY Prof.Dr.Ahmet DERVİŞOĞLU Prof.Dr.R.Nejat TUNCAY Teoman ALPTÜRK Faruk KOÇ Haluk ZONTUL Ömer ADIŞEN EmirBİRGÜN Sevim ÖZAK Yakup ÜNLER Osman AKIN H.İbrahim BAKAR (U.Ü. - Başkan) (İTÜ) (İTÜ) (EMO Başkanı) (EMO Bursa Şube Başkanı) (EMO Yön.Kur. Üyesi) (U.Ü.) (EMO-Bursa Şube Yön.Kur. Yazman Üyesi) (EMO-Bursa Şube Yön. Kur. Üyesi) (EMO-Bursa Şubesi) (EMO-Bursa Şubesi) (EMO-Bursa Şubesi) TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI BURSA ŞUBESİ YÖNETİM KURULU Başkan Başkan Yrd. Yazman Sayman Üye Üye Üye Faruk KOÇ İsmail Yalçın AKTAŞ Emir BİRGÜN Bahri KAVİLCİOĞLU Sevim ÖZAK Tuncay HIZLIOĞLU Cem ÖZKAN TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ÇDASI BURSA ŞUBE GÖREVLİLERİ Kemal ERTUĞRAN Kemal KARAKAŞ Raziye BEĞEN Meliha DEMİR Hüseyin GÖK : Kongre-Fuar Sorumlu Mühendisi : Proje Denetim ve Test Mühendisi : Sekreterya Sorumlusu : Muhasebe Görevlisi : Şube Görevlisi SOSYAL ETKİNLİKLER KOMİSYONU İnci BECEREN Sabiha CESUR Bekir DAĞLAROĞLU Gülsemin GÜNEŞ Muvaffak KARAHAN Önder SERHATLI - I -
BİLİMSEL DEĞERLENDİRME KURULU AKÇAKAYA Ergül, Prof. Dr.(İTÜ) AKPINAR Sefa, Prof.Dr. (KTÜ) ANDAY Fuat, Prof.Dr.(İTÜ) ATAMAN Atilla, Prof.Dr. (YTÜ) AYGÖLÜ Ümit, Prof.Dr.(İTÜ) AŞKAR Murat, Prof. Dr. (ODTÜ) BAYRAKÇI H.Ergün, Prof.Dr.(UÜ) BURŞUK A.Fahri, Prof.Dr. (İÜ) BİR Atilla, Prof.Dr.(İTÜ) CANATAN Fatih, Prof.Dr.(ODTÜ) CERİDÖmer, Prof.Dr.(BÜ) ÇETİN İlhami, Prof.Dr.(İTÜ) ÇİFTÇİOĞLU Özer, Prof.Dr. (İTÜ) DALFEŞ Abdi, Prof.(İTÜ) DEMİRÖREN Ayşen, Yrd.Doç.Dr.(İTÜ) DERVİŞOGLU Ahmet, Prof.Dr.(İTÜ) ERTAN H.Bülent, Prof.Dr.(ODTÜ) ERTAŞ Arif, Prof. Dr. (ODTÜ) ERİMEZ Enise, Prof.Dr. (İTÜ) FADIL Salih, Yrd.Doç.Dr.(OÜ) GÖKMEN Muhittin, Prof.Dr.(İTÜ) GÖNÜLEREN Ali Nur, Prof.Dr.(İTÜ) GÜLGÜN Remzi, Prof.Dr.(YTÜ) GÜNAN Hasan, Prof.Dr.(ODTÜ) GÜNEŞ Filiz, Prof.Dr.(YTÜ) GÜRLEYEN Fuat, Doç.Dr.(İTÜ) GÜVEN Nezih, Doç.Dr.(ODTÜ) GÜZELBEYOGLU Nurdan, Prof.Dr.(İTÜ) HARMANCI A.Emre, Prof.Dr. (İTÜ) İDEMEN Mithat, Prof.Dr.(İTÜ) İDER Y.Ziya, Prof.Dr. (ODTÜ) İNAN Kemal, Prof.Dr.(ODTÜ) KALENDERLİ Özcan, Yrd.Doç.Dr.(İTÜ) - KASAPOĞLU Asım, Prof.Dr.(YTÜ) - KAYPMAZ Adnan, Doç. Dr.(İTÜ) - KORÜREK Mehmet, Doç.Dr.(İTÜ) - KUNTMAN H.Hakan, Prof.Dr.(İTÜ) - LEBLEBİCİOĞLU Kemal, Prof.Dr.(ODTÜ) - MERGEN Faik, Prof.Dr.(İTÜ) - MORGÜL Avni, Prof.Dr.(BÜ) -OKTAYAli, Prof.Dr.(UÜ) - ONAYGİL Sermin, Doç. Dr.(İTÜ) - ÖNBİLGİN Güven, Prof. Dr.(19 MAYIS Ü) - ÖZAY Nevzat, Prof. Dr. (ODTÜ) - ÖZDEMİR Aydoğan, Doç.Dr.(İTÜ) - ÖZKAN Yılmaz, Prof. Dr.(İTÜ) - ÖZMEHMET Kemal, Prof.Dr.(9 EYLÜL Ü) - PANAYIRCI Erdal, Prof.Dr. (İTÜ) - RUMELİ Ahmet, Prof.Dr.(ODTÜ) - SANKUR Bülent, Prof.Dr.(BÜ) - SARIKAYALAR Şefik, Prof.(YTÜ) - SEVAİOĞLU Osman, Prof. Dr.(ODTÜ) - SEVERCAN Mete, Prof.Dr. (ODTÜ) - SOYSAL A.Oğuz, Prof.Dr.(İÜ) - ŞEKER Selim, Prof. Dr. (BÜ) - TACER Emin, Prof. Dr.(İTÜ) - TANIK Yalçın, Prof.Dr.(ODTÜ) - TARKAN Nesrin, Prof.Dr.(İJÜ) - TOPUZ Ercan, Prof.Dr.(İTÜ) - TUNCAY R.Nejat, Prof.Dr. (İTÜ) - TÜRELİ Ayhan, Prof.Dr.(ODTÜ) - ÜÇOLUK Metin, Prof.Dr.(İTÜ) - YAZGAN Erdem, Prof.Dr.(HÜ) - YÜCEL Metin, Prof. (YTÜ) - YÜKSEL Önder, Prof.Dr.(ODTÜ) - YÜKSELER Nusret, Prof.Dr.(İTÜ) - II -
DANIŞMA KURULU - AKÇAKAYA Ergül (Prof.Dr.-İTÜ) - AKKAŞLI Nevzat - ALADAĞLI Tunç (Nergis A.Ş.) - ALGÜADJŞ Selim (EKA) - ARABUL Hüseyin (EMSAD) - ARGUN Tanju (TESİD) - ATALI İbrahim (EMO Adana Şube) - ATEŞ Mustafa (TEDAŞ) - AVCI M.Naci (Organize Sanayi Bölgesi) - BAYKAL Faruk (Nilüfer Belediye Başkanı) - BERKOĞLU İsmail (PTT Bölge Başmüdürü) - BOZKURT Yusuf (MEES) - BİRAND Tuncay (ODTÜ) - CANER Süleyman (Çanakkale Seramik) - CEYHAN Mümin - CEYLAN Arif - ÇALIM Yavuz (TEAŞ Müessese Müdürü) - DRAMA Mehmet (TEDAŞ) - DURGUT Metin (EMO Merkez) - GÖREN Sunay (Siemens) - HARMANCI Emre (Prof.Dr.-İTÜ) - ISPALAR Ayhan (EMKO) - KAYA Ersin (Kaynak Dergisi) - KAŞIKÇI İsmail (Almanya) - KIRBIYIK Mehmet (Prof.Dr.-U.Ü.Müh.Mim.Fak.Dekanı) - KUZUCU Mehmet (TOFAŞ Elk.Eln.Tesis Servis Şefi) - MUTAF M.Macit (EMO İzmir Şube) - OKAT ismail (TEDAŞ Bursa Müessese Müdürü) - OKUMUŞ NecatifTEDAŞ) - OKYAY Nursel (TEDAŞ) - ÖZMEHMET Kemal (Prof.Dr.-9 Eylül) - ÖNBİLGİN Güven (Prof.Dr.-19 Mayıs Ü.) - PUCULAOGLU Mustafa (EMO Merkez) - RAŞİTOĞLU Mithat (TEDAŞ) - SÖNMEZ Ali Osman (Ticaret ve Sanayi Odası Başkanı) - TERZİOĞLU TosunfTÜBİTAK) - YAZICI Ali Nihat (EMO Merkez) - YEŞİL Hüseyin (EMO İstanbul Şube) - YÜCEL Behçet - YÜKSELER H.Nusret (Prof.Dr.-İTÜ) - YURTMAN Naşit (Oyak Renault Fab.Teknik Servis Bakım Müdürü) - YİĞİT Ali (EMO Ankara Şube) - ZÜMBÜL İsmail - III -
RTA P-TİPİ SİLİKON TEK KRİSTALDE OLUŞTURULAN BOZUKLUKLAR VE BAKIR KATKILAMANIN ETKİLERİ M. SARTTAŞ Gazı Üniversitesi, Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü, 06570 Maltepe-ANKARA. ÖZET: Entegre devre teknolojisinde; dıslokasyonlar ve yığın tıpı bozukluklar malzemenin optik ve elektronik özelliklerini olumsuz yönde etkilemektedir Ancak bu bozukluklar mıkroelektronık teknolojisinde istenmeyen safsızlık elementlerini, demir ve bakır gibi bazı geçiş elementlerini, istenmeyen bölgelerden yok etmek için kullanılmaktadır. Bu çalışmada, i) hızlı ısıl ışlem(rta) uygulanmış p-üpı silikon tek kristalde. ıi) oksıdasyon uygulanmış OX RTA'da. üı) yüzeyi mekanik yolla bozulmuş ve oksıdasyon uygulanmış OISF RTA'da oluşan bozukluklar ve aynı numunelere, 30 sn-30 dak arasında bakır katkılamanın etkilen incelendi. Kullanılan yöntemler; fotolümınesans(pl), elektron mıkroskobu(sem), elektron ışın akım(ebic) ve denn seviye geçiş spektroskopısı (DLTS) yöntemleri olup elde edilen sonuçlar literatürdeki sonuçlarla karşılaşünlarak irdelendi. 1. GİRİŞ Entegre devre teknolojisinde; malzeme yüzeyinde ve yapısında oluşan bozukluklar malzemenin optik ve elektronik özelliklerini olumsuz yönde etkilemektedir. Bu bozukluklar/l/: Nokta bozukluk, Çızgısel bozukluk veya dislokasyon, Yüzey veya düzlemsel olmak üzere üç grupta inceleyebiliriz. Nokta tıpı bozukluklar, atomik bozukluklar olup, ideal bir kristal örgüde bölgesel dislokasyon oluştururlar Bu tıp bozukluklar için gerekli olan enerji, ev sahibi atomlar arası mesafeye ve bozukluğu mevdana «eüren vabancı atomun büyüklüğüne bağlıdır Nokta tıpı bozukluklar üç tiptir: Ev sahibi atomun yennın boşalmasıyla oluşan boşluk tıpı bozukluk, Başka atomların ev sahibi atomlar arasına girmesi ile oluşan bozukluk. Yabana atomun ev sahibi atomu kaldırıp yerine oturması ile oluşan bozukluktur Boşluk oluşumu için 1-3 ev, araya girme işlemi için bunun 2-4 katı büyüklükte enerji gerekmektedir. Yüzeysel veya düzlemsel bozukluklar, tane çökelmesi ve dıslokasyonlarda tane çökelmesini içeren bozukluklardır. Çizgısel bozukluk veya dıslokasyonlar ise; bir kaç atom genişliğinde ve bir yönde uzun olup: Yığın tipi, Tane sınırlı, Daz sınırlı olmak üzere üç grupta incelenebilir. Tane sınırlı bozukluk, kristal örgüde bölgesel olarak atomların değişik yönde dizilmeleri sonucu oluşur Daz sınırlı bozukluklar, ayna görüntüsü şeklinde olup bu tıp bozukluklar plastik deformasyonla oluşturulurlar Atomik düzlemlerin ABC ABC. şeklinde düzgün sıralanması yerine ABCABÇBAC şeklinde C'nın etrafında ayna görüntüsü oluştururlar Yığın tıpı bozukluklar, ev sahibi atomların örgü yapısını bozmaktadır Yığın tıpı bozukluklar tek yönlü olup kristaldeki atomların düzenli sıralanışının bölgesel bir bozukluğudur FCC(Orta merkezli kübik) yapıda iki tıp yığın tıpı bozukluk vardır Atomların ABCABC şeklindeki bir sırayla dizilişinde, C sırası yoksa, AB ABC şeklinde ise, buna saf (intnnsıc) bozulma; araya ektra bir sıra girmişse, ABACABC şeklinde, buna da katkılı(extnnsıc) - 545-
bozulma denir. FCC yapıda ıkı tıp kısmı dıslokasyon bulunmaktadır. Bunlar kayma çizgisi içeren Schockley üpı veya bölgesel olarak bir sıra atomun, dizine girmesi veya çıkmasından oluşan Frank üpı kısmı dıslokasyonlardır. Silikon, ila tane iç içe geçmiş FCC içermektedir. Bu yapıdaki gerçek dıslokasyonun Burger vektörü, FCC yapı ile aynı olup tkl/2)a<110> dır ve bu dıslokasyon \\\\] düzleminde kayabilir. Kısmı Schokley dislokasyonu, b=( 1 /6)a< 112>, ile kısmı Frank dıslokasyonu, b=(l/3)a<lll>, etkıleşırse gerçek dıslokasyon, b=<l/2)a<110>, yapı ortaya çıkmaktadır Schokley tıpı kısmı dıslokasyon kayabılmekte; Frank üpı dıslokasyon ise kaymaz ancak tırmanarak hareket edebilmektedir. Eğer ıkı gerçek dıslokasyon, değişik düzlemlerde kayarken bir kesit çizgisinde karşılaşırlarsa, Lomer Cottreil Lock(kılıt) üpı bozukluk oluşur Bu dıslokasyon da kaymayan tiptendir. Dıslokasvonlar ve yığın üpı bozukluklar mıkroelekü"onık teknolojisinde istenmeyen satsızlık elementlerini istenmeyen bölgelerden yok etmede kullanılmaktadır. Dıslokasyonlar, P- N eklem dıyodlannda. MOS yapılarda, DRAM ve CCD yapılarda elektrik yükünü depolama süresini etkilemektedir. Dıslokasyonlar tek başlarına elektriksel olarak etkili olmalarına rağmen; yığın üpı bozukluklar, tek başlarına etkili değildirler Yığın tipi bozuklukların kısmı dıslokasyonlara bağlanması ve diğer safsızlıklarla çevrilmesi, bu tip bozuklukları elektriksel olarak etkili kılmaktadır. Literatürde, dislokasyonlann elektriksel özelliklen incelenmiş olup deneysel çalışmalarda, plastik deformasyon uygulanmış ve daha sonra 60O-900 C'de ısıl işlem görmüş n-tipi silikon kullanılmıştır Literatürdeki bu sonuçlar diğer çalışmalarda özetlenmışûr/2,3/. P-tipı üzerinde çalışmalar/2-5/ azdır. Diğer taraftan, entegre devrelerin yapımı sırasında silikon dilimlerinin geçiş elemenden üe pislerimden kaçınılmazdır/2-5/. 3-d geçiş elemenden, silikon içindeki kati çözunürlülüklenne göre ıkı grupta incelenebilirler. Bunlardan 3-d I elemenden: Cr, Mn, Fe, Co ve 3-d II elemenden: Ni, Cu'dır. 3-d I elemenden, nötral olarak Si atomlarının arasına girerken; 3-d II elemenden, pozitif yüklü olarak Sı atomlarının arasına girmektedir. Cr, Mn, Fe atomlan, silikon soğutulurken Si atomlan arasında donup kalırken; Co, Ni, Cu atomlan ise Sı atomlarının arasından çıkarak kaybolmakta ve Sı yüzeyinde çökelmektedır. Bu geçiş elemendenn, Si içinde termal stabılıtelen de birbirinden farklıdır. Geçiş elemendennden demır(fe)'ın edası çok ıyı bilinmekte olup bakır(cu)'ın edası en az bilinenidir. Bu çalışmada, p-tipı Si tek kristalinde hızlı ısıl ışlemın(rta), yüksek sıcaklıkta kontrol atmosferde oksıdasvonun. mekanik yolla bozukluk oluşturduktan sonra yüksek sıcaklık ve kontrol atmosferde oksıdasvonun, yüksek sıcaklıkta değişik surelerde bakır katkılamanın edalen ayn ayn değişik yöntemlerle incelendi. Sonuçlar literatürdeki sonuçlarla karşüaşûnldı. 2. DENEYSEL ÇALIŞMA Bu çalışmada, 150 mm çapındauoo) yönünde büyütülmüş p-tipı silikon tek kristale 1200 C'de 30 saniye süreyle azot gazı ortamında hızlı ısıl işlem(rta) uygulandı/2-4/. Yüzeyin X- ışın fotoğrafı çekildi. RTA'dan dolayı silikon yüzeyde oluşan kayma çizgilerinin kristalin kenarlarında toplandığı görüldü. X-ışın fotoğrafını kullanarak kayma çizgilerinin oluşmadığı bölgeden büyükçe bir parça kesildi. Yüzey RCA ile temizlendikten sonra bu parça üç kısma ayrıldı. Bınncı parça olduğu gibi bırakıldı. Dana parçanın yüzeyi 1 mikron elmas uçla tamamen çizildi ve adına mekanik yolla yüzeyi bozulmuş numune denildi. Dona ve üçüncü parçaya, içinden kuru oksijen gazı geçirilen 1050 *CTık bir finnda 4 saat ısıl işlem uygulandı. Bu ıkı numuneye OX RTA ve OISF RTA denildi Her ıkı numunenin yüzeylerinde oluşan bozukluklar Y3 asidi üe tesbıt edildi. Numunelerin yüzeylerinde oluşan bozukluklar ve edalen; elektron mıkroskobu(sem), fotolumınesans(pl) ve EBIC( Elektron Işın Akımı), DLTS(Denn Seviye Geçiş Spektroskopla) yöntemlen kullanılarak incelendi. Daha sonra bu iki numunedeki oksit tabakalan temizlendi ve arka yüzeylerine buharlaştırma yöntemi üe bakır kaplandı. Bu iki numune 4 eşit parçaya bölündü ve bu parçalardan 4 çift oluşturuldu. Her bir çifte - 546 -
o 1000 CTık firında, azot gazı ortamında, sırasıyla 30 saniye, 1, 6, ve 30 dakikalık ısıl işlemler uygulandı. Bakır katkılamanın. OX RTA ve OISF RTA numunelere etkisi incelendi Özet olarak kullanılan numuneler aşağıda özetlendi: RTA P-Tipı silikon, OX RTA katkısız/'cu katkılı. OISF RTA katkısız/cu katkılı. Isıl İşlem Çeşitleri: IC teknolojisinde, yan iletkenlere, ıkı tıp ısıl işlem uygulanmaktadır. Bunlardan bınncısı finnda yaklaşık 1000 C'de olup ısıl işlem yavaş ve ısıl işlem süresi uzundur. Fınn ortamından numuneye yabancı maddelerin bulaşma nskı fazladır. Diğer tıp bir ısıl işlem, hızlı ısıl işlem (RTA) olup halojen lamba ve grafit ısıtıcılar gerektirmektedir. Isıl işlem sıcaklığı 1000 "C'den fâzla ancak süresi 100 saniyeden daha kısadır RTA ışiemı, hızlı ısıtıp soğutma imkanı vermektedir. Bu üp ısıl işlemde çevreden bulaşma nskı çok daha azdır. RTA. ÜLSI devrelerinde, sığ yapılar oluşturmak için çok uygundur. Yan iletken teknolojisinde, iyon ekme yönteminden dolayı oluşan yüzey bozuklukları, katkı profiline etki etmeden RTA ile düzeltilmektedir. 3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Fotolüminesans(PL) Sonuçlan: Literatürde, n- üpı silikon yapıda oluşan dıslokasyonlara bağlı olarak gözlenen PL spektrumlan(dl-dl2) bir önceki çalışmalarda özetlenmıştır/2-4/ Bu çalışmada: OXRTA. Cu katkılanmış OX RTA, Yığın tıpı bozukluk oluşturulmuş OISF RTA, Cu katkılanmış OISF RTA numunelere PL yöntemi uygulanmış ve bu numunelerde gözlenen PL spektrumlan Şekil l'de verilmiştir. Altı dakika Cu katkılanmış OX RTA'dakı PL çizgileri, Şekil l(a)'da. sırasıyla; 0.807 ev(dl), 0.876eV(D2) ve 0.95eV etrafinda çok geniş bir pık(d5) olarak görülmektedir. OISF RTA'da şiddetli bir Dİ çizgisi ve zayıf bir D2 çizgisi gözlenirken D5 çizgisi yok olmuştur(şekıl 1-b). Altı dakika Cu katkılanmış OISF RTA'da ise Dİ çizgisinin zayıfladığı ve D2'nın de tamamen yok olduğu görülmüştüıtşekıl 1-c). Bu sonuç, yüzeyde çökelmış Cu atomlarının, yüzey rekombınasyon hızını arttırmasına ve eksıton popülasyonun yüzeyde düşmesine bağlanmıştır 0.770 0. BO7 0. 0<l 0.091 O. 018 O. OM 0.092 1.020 1.000 Enerji (ev) Şekil 1. BıoRAD PL6100 üe elde edilen PL spektrumlan. (a) 6-dak. Cu OX RTA, (b) OISF, (c) 6-dak. Cu OISF RTA için elde edilmiştir. SEM ve EBIÇ Sonuçlan: Elektron mikroskop kullanarak, RTA. OX RTA. OISF RTA numunelerin Cu katkılamadan önce ve sonraki fotoğraflan çekildi. RTA ve OX RTA numune yüzeylerinde kayda değer bir bozukluk gözlenmedi 6-dak. Cu katkılanmış OX RTA'da gözlenen bozukluk tıplen Şekil 2(a)'da verilmiş olup buradaki bozuklukların yoğunluğu 2x10^ cm"-'dır. OISF RTA numunede gözlenen yığın tıpı bozukluk sayısı 2x10^ cm"- olup Şekil 2(b)'de görülmektedir. Bu numunede, yığın tıpı bozuklukların dışında 4x10^ cm"- kadar bozukluk görülmektedir. 30-dak. Cu katkılanmış OISF RTA numunede ise yığın tıpı bozukluk sayısında bir değişim olmadığı ancak yığın dışı bozuklukların sayısında bir artış olduğu tesbıt edılmiştut Şekil 2-c). Bu ikinci tıp bozuklukların sayısı, Cu katkılama süresinin 30 sn den 30 dakikaya arttırılması ile, 4x10^ cm"- den 10^ cm"-'ye çıkmıştır. SEM neticelerinde görülen bu bozukluk artışı, PL spektrumunun şiddetim düşürmüştür. SEM'e benzer bir EBIC fotoğrafı da Şekil 3 'de görülmektedir. DLTS Sonuçlan: Eldeki numunelere Schottky dryodlan yapılarak DLTS sinyalleri, 80-300 K - 547 -
*HB *>ekıl 2 Malzeme vuzevien Y.Vle temizlendikten sonra SEM Fotoûrailan (a) (>dak Cu OXRT,Vib)ÜISFRTA.(c)30-dak Cu OISF RTA ıcırı la) ve fb) için büyütme 1000. (c) için 3000 dır Şekil 3 P-tıpı RTA'dan EBIC tekniği ile elde edilen bir vapı bozukluğu - 548 -
arasında elde edildi ve elde edilen denn seviyeler bir önceki çalışmalarda özetlendi/2-4/ Buradaki PL ve SEM çalışmalarını daha ıyı irdelemek için. DLTS neticelerinden elde edilen bozukluk ve katkı konsantrasyonları kısaca özetlenecektir RTA'dan sonra tesbıt edilen bozuklukların savısı 1-2x10'- cm" 3 olup bunlar. dıslokasyon çekirdeği etrafında ıkılı boşluklara, nokta tıpı bozukluklara veya boron- boşluk komplekslerine bağlanmıştır, 6 OX RTA numunede ise boronboşluk kompleksinin kaybolduğu, diğer tıp bozuklukların yerini koruduğu ancak konsantrasyonlarının 10^' cm" 3 'mn altına düştüğü gözlenmiştir OX RTA. 6-dakıkanın uzennde Cu katkılandığında ise bakıra bağlı denn sevrve katkı konsantrasyonunun ve bakır katkılamadan dolavı oluşan dıslokasvon konsantrasyonun 1-2x10'- cm"- 5 mertbesınde olduğu görülmüştür RTA da gözlenmiş olan butun bu denn sevıyelenn. 6-dak. uzennde Cu katkılanmış OX RTA da görülmemesi boşluk üpı bozuklukların kendi yerlerini Cu atomlarına bırakması ile açıklanabilir;2.4/ Bu Cu atomlan. elektriksel olarak aktif olup üçlü alıcktnple acceptor) olarak Sı yapısına girmiştir OISF RTA da, 1-5x10 ^3 cm" 3 arasında yığın üpı bozukluk görülmüş ve bu bozuklukların maksimum olduğu derinliğin yaklaşık olarak 1 mikron mertebesinde olduğu tesbıt edilmiştir/2.3/ Bakır katkılama ile bu dennlığın ve yığın üpı bozukluk konsantrasyonun etkilenmediği görülmüştür.ancak, 30-dak bakır katkılanmış numunede bir tek bakır seviyesi yerine uç bakır enerji seviyesi tesbıt edilmiş olup bu sevilerden bir tanesinin numuneye 410 K'de uygulanan ısıl işlem süresiyle arttığı gözlenmiştir, 3/ Bu sonuç, vuzeyın bakırla zenyınleşünlmış "Cu-sılıcıde" yapıya dönüşümüyle açıklanmıştır/7/. Öx RTA ve OISF RTAdakı Cu konsantrasyonunun, bu numunelerdekı bozukluk konsantrasyonunu aşmadığı tesbıt edılmışür Literatürde. 1000 "C'de Cu katkılanmış numunelerde tesbıt edilen konsantrasyon farklılıklan. ısıl işlemden sonraki numune soğutma hızına bağlanmıştır. 1 S Santaş, Engıneenng Metallurgy and Matenals. Gazı Unıv Müh Fak yayın No 15, Gazı Ünıv iletişim Fak Basmevı, 1995 2 M. Santaş, 'The Effect of Copper Dıfîüsıon on Deep States in Oadızed ;ınd Oxygen Induced Stackıng Faulted P-Type RTA Cz Silicon". Proc of 7th MELCO1V94. pp 593-96. Apnl 1994. Antalya/Turkev 3 M Santaş and A R. Peaker. Deep States.\ssocıated vvıth Oxıdatıon Induced Stackıng Faults in RTA P-Tvpe Sıbcon Before and After Copper Dıfîüsıon'. Solıd-State Electronics, Vol 38. No 5. pp: 1025-34. 1995 4 M Santaş, 'Deep Leveis m RTA and Copper Dıfrused P-Type Silicon. Proc of 6th ICM'94, pn 190-95. September 5-7. 1994 Istanbul/TurKey 5 A.G. Mılnes. Deep Impunoes in Semıconductors, Wıley New York 1973 6 A O Evwaraye, Defects and Radıaüon Effects in Semıconductors Conf. Ser. 46. 528,1979 1978. İnst Phys 7 Metals Handbook. 7th Ed Vol.9, p 298 Prof Dr Müasyyen Santaş, 20/2/1952 Biga-Çanakkale doğumlu ilk. Orta. Lise yi Biga'da tamamladı 1976'da Hacettepe Ünıv, Fız Yük. Müh. Bölümünden mezun oldu. 1981'de UMIST, Manchester- İngılterte, Elektnk ve Elektronik Müh. Böl den Doktora dereceli Elektronik ABD'da. 1988 vümda Doçent. 1994 yılmda Prof unvanlarını aldı. 1976-1991 arası ODTÜ Gaıantep Elektnk ve Elektronik Müh Bölümünde çalıştı Burada. Elektronik ABD Bşk. Bol Bşk Yard. ve Böl. Başkanlığı görevlerinde bulundu 1987'de TÜBiTAK'tan doktora sonrası bursu ile ve 1991 'de kendi ımkanlan ile UMIST'te Doktora ustu çalışmalar yapü Mart 1991'den buyana Gazı Ünıv. Müh Mim Fak., Elektnk ve Elektronik Müh. Böl."de Öğretim Uyesı ve Elektronik ABD Başkanıdır Mıkroelektronık, Elektronik Devre Elemanlan. Elektronik Devreler. Fotovoltaj Pıllen. Mıkroışlemcı Denetimli Devreler ve Haberleşme konularında yayınlan vardır KAYNAKÇA: - 549 -
ANODİK OKSİT VE SÜLFÜR ARA YÜZEY TABAKALI n-gaas SCHOTTKY DİYOTLARIN ELEKTRİKSEL ÖZELLİKLERİ 11 M. A. EBEOĞLU \ F. TEMURTAŞ a. Z. Z. ÖZTÜRK " Dumlupınar Üniversitesi. Müh. Fak., Elek.-Elektronik Müh. Böl.. KÜTAHYA ''TÜBİTAK-Marmara Araştırma Merkezi. Fizik Bölümü. Gebze-KOCAELİ Özet: Metal - n-gaas (MS) metal - öz (native) oksit - n-gaas (MOS) ve metal -sülfür - n-gaas (MİS) Schottky kontaklar imal edildi. 300-20 "K sıcaklık aralığında I-V ve C-V karakteristikleri incelendi. MİS ve MOS yapılarda izolasyon tabakası kullanmanın bariyer yüksekliğini (<j>bn ) MS yapıya göre artırdığı, ancak idealite faktörünü (n) yükselttiği gözlendi. Oksitleme ile elde edilen MOS yapının sülfürleme ile elde edilen MİS yapıya göre. bariyer yüksekliğinde artış görülmüştür, ancak sülfürleme ile elde edilende ise idealite faktörü değişmemiştir. I. GİRİŞ bariyer yüksekliğini artırmışlardır. GaAs için bariyer yüksekliği 0.7-0.9 ev civarında sınırlanmıştır. İstenilen. GaAs tabanlı Schottky bariyer yüksekliğinin istenilen şekilde modifiye edilmesidir. K. Hirose et al. chalcogen ara tabakası kullanarak GaAs schottky diyotlarda bariyer yüksekliğini modifiye etmişlerdir 9 '. 20 yıllık bilgi birikimine rağmen GaAs tabanlı devre elemanların entegrasyonunda. yüksek hızlı ve optoelektronik uygulamalarda daha iyi kalitede Schottky kontaklara hala ihtiyaç duyulmaktadır 10 "''' Bu çalışmada n-gaas Schottky kontakları üzerinde çalışılmış, ilk defa ince izolasyon tabakası olarak anodik oksit ve sülfit tabakaları kullanılmıştır. Bilinen en eski ve basit devre elemanı Schottky diyodu olmasına rağmen günümüze kadar geçen zaman zarfında Schottky diyotlarına olan ilgi giderek artmakta. engel oluşturma teknikleri ile ilgili çeşitli deneysel ve teorik çalışmalar halen sürdürülmektedir U:>/.Bu çalışmalar. Schottky diyotlarının. radyo astronomi, atmosferik fizik ve plazma diagnostik uygulamalarında terahertz (10'~ Hz) mertebesinde sinyal mikserleri, varaktör elemanları, vb olarak uygulama alanları bulmasından kaynaklanmaktadır 6/. Schottky diyot bariyer yüksekliği, teknolojik açıdan en önemli aygıt (device) parametresi olup bariyer yüksekliğini artırmak için halen deneysel çalışmalar yapılmaktadır. Bunun için metal ve yarıiletken arasına çok ince bir (50-100 Â ) izolasyon tabakası kullanılmaktadır. Yoon- I-Ia Jeong et al.. P;,N 4 ara tabakası 7/. K.C. Reinhardt et al. termal oksit ara tabakası kullanarak s '. Au-lnP Schottky diyodun II. MS, MOS VE MİS YAPILARIN OLUŞTURULMASI Bu çalışmada MS. MOS ye MİS yapı için Si katkılı 1.7x10'' cm katkı yoğunluklu. (100) yönelimli, n-gaas kristalleri (MPC Ltd.. UK) kullanılmıştır.. Ohmik kontak için. kristalin yüzeyi 10"' mbarlık vakumda lmm çaplı hegzagonal dizilişli maske ile Au-Ge ve Ni kaplanmış ve difüzyon için flash anneal.ing tekniği kullanılmıştır. Elde edilen kontakların direnci 2-3 Q olarak ölçülmüştür. Yapılması düşünülen Schottky MS. MOS ve MİS yapılar ohmik kontaklı kristaller üzerine yapılmıştu; MS yapılarda metal elektrot için Ag 10' 7 mbar vakumda maske kullanılarak kaplandı. MİS yapısı için metal elektrot kaplamadan önce izolatör tabaka için kristal yüzeyinde sülfür tabakası büyütüldü. Anodik sülfürleme işleminde susuz (NH^S çözeltisi kullanılmış olup - 550 -
muhtemel oksitlenmeyi önlemek için anodizasyon. kuru azot atmosferinde gerçekleştirilmiştir. MOS yapısı için kristalin kendi öz oksiti (native oxide) anodik oksidasyon yöntemiyle yüzeyde oluşturulmuştur. Anodik oksitleme işleminde elektrolit olarak, etilen glikol, deivonize (Di) su ve sitrik asit monohidrat kullanıldı 12/ Kullandıöımız teknikler için ı oksit büyütme hızı 24 A/ V \V ve sülfür büyütme hızı 21 A / V l4/ olarak verilmiştir. Oksit ve sülfür özellikleri tablo 1 'de verilmiştir. MİS ve MOS yapılar için de Ag metal elektrot olarak yüzeye 10"' mbar vakumda kaplanmıştır. Tablo 1. Oksit ve sülfür oluşum değerleri izolatör Akım yoğunluğu Pasivasyon «erilimi Kalınlık Native oksit 0.1 ma/cm" 4.1 Volt -100 Â Sülfür 0.1 ma/cm" 7.9 Volt -160 Â n = (e/kt)dv/d(lni) (2) Burada, k Boltzman sabiti. T kelvin cinsinden sıcaklık, e elektronun yükü. A* etkin Richardson sabiti (GaAs için 8.64 cm" 2 K' 2 ) /I6 ' I7/. S etkin diyot alanı ve I s saturasyon akımıdır. Etkin taşıyıcı yoğunluğu Nj. C"~-V grafiğinin doğrusal kısmının eğiminden. N d = 2/(S 2 ee s )(dv/d(c-)) (3) kullanılarak elde edilmiştir l7. Burada s - varıiletkenin dielektrik sabitidir. 10. 101-10L < ; III. ÖLÇÜM İmal edilen Schottky kontakların elektriksel karakterizasyonu 300-20 K sıcaklıklarında yapılan I-V ve C-V ölçümleriyle gerçekleştirilmiştir. I-V ölçümleri programlanabilir elektrometre.(keithley Model 617) ile. C-V ölçümleri ise Lock-in tekniği kullanılarak yapılmıştır. Elde edilen MS. MOS ve 'MİS yapı Schottky diyotlarının oda sıcaklığı I-V değişimleri şekil 1 "de verilmiştir. Tipik bir örnek olarak MS yapının değişik sıcaklıklardaki I-V değişimleri şekil 2 "de verilmiştir. Schottky bariyer yüksekliği (<j>bn) ve idealite faktörü (n) termoiyonik emisyon teorisine göre aşağıdaki formüller 15/ kullanılarak elde edilmiştir Ş - * +-MS W \ * «o-mis ': " * ;< '-MOS 10t 3? :< i 101 x : 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Gerilim (Volt) ŞEKİL 1. MS. MİS ve MOS Schottky yapıların logaritmik (I)-V grafikleri = (kt/e)ln(a*t-s/i s ) (D 551 -
10-10 10i.i î T 10; < 298 K t +. 250 K i 10 x_ 200 K ; 150 K : 10 100K ' 77 K ; 10 * _ 22 K : 0" "0.1 0.2 î 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Gerilim (Volt) ŞEKİL 2. MS yapının çeşitli sıcaklıklardaki logaritmik (I) -V grafiği IV. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Bütün örneklerin I-V datalarının toplu sonucu tablo 2 'de görülmektedir. C- V ölçümlerinden Nj etkin taşıyıcı yoğunluğunu ortalama 10 U) mertebesinde bulunmuştur. Bu değer kristali imal eden firma tarafından verilen değere yakındır.aradaki fark ara yüzey durum yoğunluğunun fazlalığı ve/veya akseptor tip tuzakların varlığı ile açıklanabilir. Bu durum idealite faktörünün yüksek olmasında da etkili olmaktadır. TABLO 2. Tüm yapılar için oda sıcaklığında toplu sonuçlar MS MÜS MİS <İ>un(eV) n «bu,, (ev) n <l>bn (ev) n 0.65 1.87 0.72 2.20 0.66 1.82 Değişik sıcaklıklarda I-V den hesaplanan görünür (j)q n değerlerinin bütün örnekler için sıcaklık düştükçe azaldığı görülmektedir. Bu arayüzeysel tabakadaki elektron tünelleme olasılığı ve bu tabakada tünelleme bariyerinin varlığıyla açıklanabilir /l8/. Gerçek bariyer yüksekliğinin sıcaklık arttıkça azalması beklenmektedir 18 " 19 '. Fakat sıcaklık düştükçe termoiyonik emisyon yerine termoiyonik-alan emisyonu etkin olmaktadır. Sıcaklık azaldıkça elektronlar yeterli enerjiye sahip olamadıklarından bariyerin üzerinden geçme yerine bariyerden tünelleme ile geçmeye başlamakta ve gerçek bariyer artmasına rağmen I-V den görünen bariyer yüksekliğinde azalma gözlenmektedir. Oluşturduğumuz yapılarda ince izolasyon tabakası kullanmanın oda sıcaklığında beklediğimiz şekilde <j) Bn "ni yükselttiğini gözledik. Bariyer yüksekliğinin artışı ara yüzey durum yoğunluğunun artışından ileri gelebilir 20 '. MOS yapıda MS yapıya göre bariyer yüksekliğinde oldukça iyi bir artış gözlenmektedir. Bu durum InP için literatürde gösterilen artışlarla uyum içinde olup idealite faktöründe artış vardır 7 ' 8 '. MİS yapıda oda sıcaklığında bariyer yüksekliğinde daha küçük bir yükselme gözlenmesine rağmen idealite faktörü değişmemiştir. Bu çalışmanın önemi GaAs için ilk kez yapılmasından ve daha sonra yapılacak çalışmalara bir başlangıç oluşturmasından ileri gelmektedir. İyi bir Schottky diyot için istenilen şey yüksek (j>b n ve küçük n değerleridir. Araya izolasyon tabakası koymak bariyer yüksekliğini artırmasının yanında genellikle idealite faktörünü artırarak kötüleştirir " 8::o/. İzolasyon tabakası olarak sülfür kullanmak <j>bn 'i Çok az artırmasına rağmen idealite faktörünü artırmaması önemili sonuçtur. MS yapının referans alınarak MOS ve MİS yapıda <j>b n ve n değişimlerini izalasyon tabakasının etkilemesi yapıda modifikasyona geçilebileceğini ve böylelikle arzulanan schottky diyotlann GaAs tabanlı olarak yapılabilirliğini de - 552 -
KAYNAKÇA: I G. Ashkinaz et al.. Sol. Stat. Electron.. 36(1). 13(1993) : I.R. Tamın et al.. Sol. Stat. Electron.. 36(10). 1417(1993) E.K.. Evangelou et al.. Sol. Stat. Electron.. 36 (1 1). 1633(1993) 4 M.C. C'heng el al.. Sol. Stat. Electron.. 33(7). 863(1990) (i. Peto et al.. Sol. Stat. Electron.. 34 (6). 591(1991) '' kaushık Bhaumik et al.. IEEE Trans. Microwave Theo. Tech.. 40(5). 880(1992) Yoon-Ha Jeong et al...1. Appl. Phys.. 69(9). ()699(1991) x K.C. Reinhard et al.. Sol. Stat. Electron.. 31(10).1537(1988) ''' K. Hirose et al., i. Appl. Phys.. 64(11). 6575( 19X8) "' T. Okıımura anti K. N. Tu. J. Appl. Phys.. 61 (8). 2955(1987) " L.A. Delinova et al.. Sol. Stat. Electron.. 31.1101 (1988) II Z.Z.Ö/.ıürk and M.A.Ebeoğlu. Physica Slatus Solidi (a). 138(2). 631(1993) ' ' M.A.Ebeoğlu. Doktora Tezi. Dicle Ünv.. Diyarbak7r. 1989 14 II.Yüzer. Doktora Tezi.İTÜ. İstanbul. 1994 lv S.M.Sze. Physics ol* semiconductor Devices (Wiley. New York. 1981) "" M.do Potter et al... J. Appl. Phys.. 61(10). 4775 (1987) 1 E.H.Rhoderick. Vletal-Semieonduetor Contacts(0xlbrd Science. Ne w York. 1988) ls/ K.Hattori et al.. J. Appl. Phys.. 54(12) 6575(1983) ''' Z.O.Shi. et al.. Sol.Stat.Electronics. 34(3).285(1991) : " k.k.amimura et al.. J. Appl. Phys.. 51(9).49()5 (1980) M.A.Ebeoğlu, 1980 Hacettepe Univ. Elekt. - Elektronik Mühendisliği Mezunu. Y. Lisansını 1984 "de ve Doktorasını 1989 "da Dicle Univ. "de tamamladı. Halen DPÜ Elektrik - Elektronik Mühendisliği Bölümünde Yardımcı Doçent. İlgi alanları, sensörler ve mikroelektroniktir. 20 "nin üzerinde yurtiçi ve yurtdışı makale ve bildirisi mevcuttur. F.Temurtaş, 1991 ODTÜ Elektrik - Elektronik Mühendisliği Mezunu. Halen DPC Mühendislik Fakültesi.Araştırma Görevlisi. Z.Z.Öztürk. 1975 Hacettepe Üniversitesi Fizik Müh. Mezunu. Yüksek Lisansını 1977 de. Doktorasını 1982 \la Darmstadt Teknik Univ.'de tamamladı. Halen TÜBİTAK MAM Temel Bilimler Araştırma Enstitüsü Fizik Bölümünde görev yapmaktadır. İlgi alanları. Katıhal Fiziği. Mikroelektronik ve gaz sensörleridir. Re fere edilmiş 13 yır* iışı makalesi ve (i un üzerinde yurtdışı mevcuttur. yurtiçi ve tebliüi - 553 -
TURNİKE ANTEN ÜZERİNE İNCELEMELER A. Tarkan TEKCAN, Kemal ÖZMEHMET Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü 35100 BORNOVA- İZMİR E-Mail: tekcan@deumel-aix.ege.edu.tr kemal@deumel-aix.ege.edu.tr ÖZET Turnike anten halk kullanımı için her türlü yayında kullanılabilecek bir antendir. İstenilen yayın, niteliğine göre, antenin fiziksel özelliği değiştirilerek sağlanabilir. Bu çalışmada, imalat sırasında bilerek ya da bilmeden yapılan farklı fiziksel değişikliklerin anten parametrelerini ne şekilde etkilediği deneysel olarak araştırılmış ve sonuçlan verilmiştir. 1. GİRİŞ Özellikle son dönemlerde, büyük yerleşim merkezlerinde artan yayınlar bir çok karmaşayı da beraberinde getirmiştir. Yayın kalitelerinin artmasında, kullanılan anten tipinin önemi büyüktür. Turnike anten, ışıma örüntüsü nedeni ile verici olarak kullanılmaya uygun bir anten türüdür İM. Bu antenin fiziksel parametreleri ve bunların değişimleri de bu tür anten ile yapılacak yayınlan etkilenmektedir. 2. TURNİKE ANTENLER Turnike anten, doğrusal olmayan dipol dizisi olarak tanımlanabilir. Işıma örüntüsü hemen hemen daireseldir İM, 121. Bu araştırmada, ideal durumda tasarlanmış anten ya da anten dizilerinin ışıma örüntüsünü belirleyen bir yazılım gerçekjeştinldi. Yazılımda dizi elemanlan arasındaki uzaklığın X/2, X/4 ve A78 olduğu durumlarda ışıma örüntüsü belirlenmiştir. Bunun sonucunda ikili dizi yapılması durumunda, dizi elemanlan X,/8 aralıklarla yerleştirilirdiğinde en uygun yaklaşıklığın oluştuğu gözlenmiştir. 3. ANTEN TASARIM Bu araştırmada kullanılan turnike antenin çalışma frekansını 650 MHz. alarak tasanmlandı. Referans anten olarak da bu anteni kullanabilmek amacı ile eşlenik iki adet tasarlandı. Ölçüm düzeneğinde kullanılan sistemlerin giriş / çıkış empedanslan 50 fi olduğundan, anten empedansı da buna yakın tasarlanmaya çalışıldı. Kullanımı, maliyeti ve iletkenliği gibi özelliklerinden dolayı tasanm aşamasında malzeme olarak dış çapı 7 mm., iç çapı 5 mm. alimünyum kullanılmıştır. Seçilen frekansta her bir çubuğun boyu uç etkisi çıkratılarak 10 cm. olarak elde edilmiştir. Kollar arası açıklığı 2 cm. olarak alındı. Tüm veriler gerekli grafikler ile değerlendirildiğinde ışıma direnci 45 fi olarak çıktı. Bu direncin 50 fi 'luk sistem ve hat dirençlerine yakınlığı nedeni ile aynca empedans dönüştürme işlemi uygulanmamıştır. - 554 -
4. ÖLÇÜMLER Ölçümler HP 8592B (9kHz. - 22GHz.) Spektrum Analyzer, HP 8350B (.01-20 GHz.) Svveep Osılatör, 488 iletişim kartı, skalar yansıma ölçer, diğer aksesuarlar ve bunlara uygun yazılımlar kullanılarak gerçekleştirildi. Karşılıklı iki özdeş anten kullanılarak, ölçümler iletişim sistemi ve bilgisayar destekli ölçüm düzeneği ile gerçekleştirildi. Öncelikle çalışma sırasında empedans uyumunun en iyi sağlandığı frekans arahklan yansıma katsayısının etkisi araştırılarak belirlendi ve çalışma bu frekans bölgelerinde yoğunlaştırılmıştır. I I I 300 400 500 600 Frekans (MHz.) Şekil 1: Antenin frekans - 1 / T 2 grafiği 700 Antenin frekans - güç ve frekans - kazanç karakteristikleri çıkarıldı. İki farklı uzaklığa yerleştirilen levha reflektör ile de ölçümler gerçekleştirilmiştir. Bu ölçüm sonuçlan grafiksel olarak Şekil 2 ve 3'de sunulmuştur. Şekil 2 'de antenin frekans - güç eğrisi görülmektedir. Bu şekilde 5/4 A. ve 3/2 X. uzaklığa yerleştirilmiş reflektör etkileri de incelenebilmektedir. Antenin ışıma örüntüsü incelenmiş, sonuç Şekil 4'deki grafik ile verilmiştir. Antenin fiziksel özelliklerinin değişiminin kazanca yarattığı etkiyi değerlendirebilmek için kol açısı - kazanç değişimi ve faz açısı - kazanç değişimi sırasıyla Tablo 1 ve Tablo 2 'de verilmiştir. S. SONUÇLAR İlk olarak empedans uyumunun en iyi gerçekleştirildiği frekans bandının belirlenmesi amacı ile yansıma üzerine yapılan incelemenin sonucu frekans - 1 / F 2 grafiği olarak Şekil l'de verilmiştir. Bu grafikten en iyi uyumlanmış frekans arahklannın 348-358 MHz. ve 533-560 MHz. olduğu ortaya çıkıyor. I i 1 1 I I T I ı I I I ı I I I I I 300 4-00 500 600 700 Frekans (MHz.) Şekil 2: Antenin frekans - güç karektenstiği Reflektör A: 5/4 \, B: 3/2 X uzaklıkta. Bu değerler kullanılarak temel anten bağmtılan yardımı ile antenin kazanç eğrisi elde edilmiştir (Şekil 3): - 555 -
Tablo 1: Kol açısı değişimi - kazanç grafiği II I I [ I I 1 I I I I I I I I 300 400 500 600 Frekans (MHz.) Şekil 3: Antenin frekans - kazanç eğrisi Reflektör A: 5/4 X, B: 3/2 X uzaklıkta. 700 kol açısı - kazanç 900 750 60 45 300 150 350-1 86-4.27 -İÇ.65-4 11-5 65-4 76 Frekanslar (MHz.) 554 568 1.029-9. 51-10 14-11 77-11 45-12 42 1. 18-11.07-13.70-10.53-13.29-12.75 650-3.42-14.29-15.71-13.46-12.1-13.2 90 'lik faz farkı değiştirilerek antenin kazanç değerlerinin nasıl değiştiği araştırılmıştır: Tablo 2: Faz farkı - kazanç (db) değişimi Antenin verimli çalıştığı frekans bölgesinde bulunan 350 ve 554 MHz., dışında kalan 568 MHz. ile tasarım frekansı 650 MHz.'de ışıma örüntüleri incelenmiştir: faz açısı - kazanç 30 45 600 900 350-14,44-18.50-15.33-1.86 Frekanslar (MHz.) 554 568-2.38-2.61-10.28 1.029-5.08 0.807-8.9 1.17 650-1.57 0.748-4.25-3.42 5. DEĞERLENDİRME ı j i rı ı i l l ı ı ı 100 200 300 400 ACI (derece) Şekil 4: Işıma Örüntüsü A: 350 MHz, B: 554 MHz. C: 568 MHz., D. 650 MHz. Antenin kol açılarının standart dışındaki değerlerde olmasının kazanca etkisi Tablo l'de verilmiştir: Anten montajı sırasında kolların gövdeye yerleştirilmesini sağlayan metal çiviler (yaklaşık 1 cm. boyunda) ile hatların ucunda bağlantı için kullanılmış pabuçlar, ışımaya etki etmiş ve çalışma frekansımızı kaydırmıştır. Bu durumda en iyi kazanç 1.18 db olarak 568 MHz. 'de elde edilmiştir. Anten ışıma empedansı, kol boylarının, bağlantı hatlarının uçlarında kullanılan metal pabuçlar ve montaj çivileri nedeni ile gerçekte tasarlanandan farklı olması, 2 cm. olan besleme aralığının çok hassas ayarlanamaması nedenleri ile tasarlandığı gibi 50 O. dolaylarında çıkmamıştır. Bu da yansımalara yol açmıştır. En az yansıma olan yani en iyi empedans uyumu sağlanan frekans bölgeleri şekil 1 'den de - 556 -
görülebileceği gibi 348-358 MHz. ve 533-560 MHz. 'dir. Işıma örüntüleri, beklenildiği gibi sıfir bölgeleri içermemektedir. Kol açılarının değişimi kazançta düşümler yaratmıştır. En iyi kazanç kollar 90 iken bulunmuştur. Faz açılarında ise 45 dışında yine büyük kazanç düşümleri oluşmuştur. Turnike antenin fiziksel parametrelerinin değişimi anten kazancını düşürmektedir. Bu durumda hassas olarak tasarlanmış ve gerçekleştirilmiş bir turnike antenin, beslemeleri arasında faz farkı 90, kollan arası 90 iken en iyi çalıştığı ortaya çıkmıştır. KAYNAKÇA 1) K. Özmehmet & T. Tekcan, "Anten Laboratuvan Notlan", D.E.Ü., 1991. 2) G. Markov; "Antennas", Progress Press, 1965. 3) E. Rubine & J. C. Bolomey; "Antennas", Vol. 1, N. Oxford Academiç Press, 1987. 4) S. Drabowitch & C. Ancona; "Antennas", Vol. 2., N. Oxford Academiç Press, 1988. 5) E. A. Wolf & R. Kaul; "Microvvave Engıneering & System Appl.", John Wiley & Sons, 1988. ÖZGEÇMİŞLER A. Tarkan TEKCAN tamamladı. Aynı üniversitede doktora çalışmalanna devam etmektedir. Nisan 1992 den beri bu kurumda Elektromanyetik Alanlar ve Mikrodalga Teknikleri anabilim dalında araştırma görevlisi olarak çalışmaktadır. İlgilendiği konular: Antenler, sinyal işleme teknikleri ve biomedikal uygulamalardır. KemalÖZMEHMET Lefkoşe Kıbns doğumlu. Lisans ve yüksek lisans eğitimini Londra Üniversitesinde doktorasını VVanvick Üniversitesinde tamamlamıştır. 1980'de Hacettepe Üniversitesinde Doçent ve 1987'de de Profesör Unvanını almıştır. Halen D.E.Ü. Elektnk - Elektronik Mühendisliği Bölüm Başkanlığını yürütmektedir. İngiltere'de bulunduğu sürede GEC Hirst Research Centre, VVanvick Üniversitesi ve Ratheon kuruluşlannda araştıncı olarak mikroelektronik, mikrodalga sistemleri ve askeri elektronik alanlarında uygulamalı çalışmalar yaptı. 1973-1978 yıllan arasında Hacettepe Üniversitesi Elektrik ve Elektronik Mührndisliği Bölümü Kuruluş çalışmalannı da yürütmüş olan Prof. ÖZMEHMET halen D.E.Ü. 'de uydu haberleşme sistemleri, uzaktan algılama ve değerlendirme, tıp elektroniği, EMİ ve EMC konulannda araştırmalar sürdürmektedir. 1970 İzmir Doğumlu. 1994 yılında, Dokuz Eylül Üniversitesi, Elektrik - Elektronik Mühendisliği Bölümünde yüksek lisans programını - 557 -
TEK KATMANLI DAİRESEL DİSK VE HALKA MİKROŞERİT PARÇA ANTENLERİN SPEKTRAL UZAYDA REZONANS ANALİZLERİ Çiğdem S. Gürel ve Erdem Yazgan Hacettepe Üniversitesi. Elektrik-Elektronik Mühendisliği Böl., 06532-Beytepe-Ankara Özet: Tek katmanlı dairesel disk ve halka mikroşerit parça antenlerin rezonans analizleri spektral uzayda gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla her iki yapının Green's fonksiyonları çıkarılmıştır. Galerkin yönteminin uygulanmasıyla elde edilen matris denkleminin çözümünden yapıların rezonans frekansları elde edilmiştir. Yapılan analizde yüzey dalga modlarının etkilen, integrallerin kompleks düzlemde hesaplanmasıyla ıçerilmıştir. Çalışılan her iki yapının performansları incelenerek uygun çalışma modları belirlenmiştir. 1. GİRİŞ Mikroşerit antenlerin dar bandgenişliği özelliklerinden dolayı yalnızca rezonans frekansı etrafında verimli çalışabilmeleri nedeniyle bu frekansın hesabı oldukça önemlidir. Özellikle bazı uygulama alanlarında bu frekansın iyi bir yaklaşımla elde edilmesi gereklidir [1]. Bu frekansın hesabı uygulanması oldukça kolay olan boşluk modeli ile gerçekleştirilebilirse de yapılan yaklaşımların fazla olması nedeniyle elde edilen sonucun güvenilirliği azdır. Boşluk modeli analizinden daha sonra geliştirilen tam dalga analizi ise yapıda oluşan bütün kayıpları modelleyebilmesi nedeniyle tercih edilmektedir. Bu çalışmada tam dalga analizinin spektral uzayda uygulanması ile iki farklı anten geometrisinin rezonans analizleri gerçekleştirilmiştir. İncelenen anten yapıları şekil I 1 de gösterilmiştir. / ~~ ^ dielektrilc iletken parça toprak düzlertı (a) / \ y dielektnk iletken parça toprak düzleih (b) z=dl z=0 z=dl z=ü Şekil 1. a-dairesel disk b- dairesel halka mikroşerit parça anten geometrileri 2. FORMULASYON A. Green's Fonksiyonları Çalışılan yapıların Green's fonksiyonları, z=d yüzeyinde iletken parça üzerinde oluşan akım dağılımlarının dönüşümleri ile teğet elektrik alan bileşenlerinin dönüşümleri arasındaki ilgiyi veren eşdeğer iletim hattı modelleri kullanılarak Hankel dönüşüm uzayında elde edilebilir [2]. Bir F. vektörü; F =F ±jf (D ile tanımlandığında bu ifadenin Hankel - 558 -