A production system investigation on nanomanufactured sensors: Direct transfer manufacturing of flexible sic NW-net uvpds

Abstract

Bu tezde, nanotel ve ince film tabanlı uvpd cihazlarının üretim prosedürleri, endüstri mühendislerinin bakış açısıyla CVD, PVD ve cihaz üretiminin rastgeleliği, malzemeler için sonik banyo ile temizliğin standardizasyonu, SEM ve optik mikroskopi ile kalite kontrol, Keithley ile deney ve ölçümlerin tasarımı, bükülme testleri ve sonuçları ile ürün yaşam döngüsü analizi ve bunların sonuçları ile inovasyon adımları ekonomik analizi genel bir çerçeveyle detaylı bir inceleme olarak gösterilmesi hedeflenmiştir. Retina protezi, e-cilt, görüntüleme ve DNA biyosensörü bu esnek ve katlanabilir cihazlardan uygulama alanlarının sadece birkaçı olup esnek ve görünmez cihazların giyilebilir cihazlar; akıllı elektronikler ve fotonikteki gelişmelerin artan tüketici taleplerini karşılaması beklenmektedir. Bu çalışmada, ölçeklenebilir bir üretim süreci, silikon karbür nanotel-nanotel yumağı (SiC NW-NW bağlantısı) ile direkt transfer metoduyla giyilebilir ultraviyolet fotodedektör (UVPD) prototipi sağlanmaktadır. 1,69 s ve 2,24 s'lik yükseltgenme ve indirgenme süreleri, herhangi bir sapma voltajı olmaksızın UV ışığına karşı iyi bir hız sergilemektedir. Karşılaştırılabilir literatürde akım seviyeleri, güçsüz operasyonlar ve uzun süreli enerji kullanımı açısından hayati önem taşımaktadır. Gerçekten de, güç olmaksızın çalışan cihaz, 254 nm dalga boyunda 5,9 mA/W'lik bir yanıtla 15'lik bir fotoakım-karanlık akım oranı (PDCR) üretir. Prototipin zorlu koşullara dayanıklılığı, yeterli bükme döngüleriyle test edilmektedir. 75 bükme döngüsünden sonra bile, mevcut seviyelere ve PDCR'ye göre olağan normal durumunun ~%96'sında çalışmaya devam etmiştir. Burada kullanılan üretim süreci, büyük ölçekli seri üretime entegrasyonu için nano-üretim yükünü hafifletir, ucuzdur ve çeşitli giyilebilir optoelektronik ürünlerde yeni deney tasarımlarının yolunu açmaktadır. Her şey nazar-ı dikkate alındığında, CVD, PVD ve cihaz üretiminin rastgeleliği, malzemeler için sonik banyo ile temizliğin standardizasyonu, SEM ve optik mikroskopi ile kalite kontrol, Keithley ile deney ve ölçümlerin tasarımı, bükme testleri ile ürün yaşam döngüsü analizi ve Ar-Ge ile inovasyon, endüstri mühendisliği ilkeleri perspektifinden nanotel ve ince film bazlı UVPD cihazlarının vaka üretimi ile araştırılmaktadır.

In this thesis, production procedures of nanowire and thin film based uvpd devices are going to be demonstrated with a detailed investigation from the viewpoint of industrial engineers such as; randomness of CVD, PVD, and device production, standardization of cleaning with sonic bath for materials, quality control with SEM, and optical microscopy, design of the experiments and measurements with Keithley, product life cycle analysis by bending tests and their results and innovation steps as a general picture with economic analysis. Flexible and invisible devices are expected to meet increasing consumer demands for upgrades in wearable devices, smart electronics, and photonics such that retinal prosthesis, e-skin, imaging, and DNA biosensor are just a few of these flexible and foldable devices. In this work, a scalable manufacturing process provides the prototype of wearable ultraviolet photodetector (UVPD) via direct transfer method with silicon carbide nanowire-nanowire junction (SiC NW-NW junction). Rise and recovery times of 1.69 s and 2.24 s exhibit good speed to UV-light without any bias voltage. The comparable current levels are vital in terms of powerless operations and long-lasting energy usage. Indeed, the powerless device generates a photocurrent-to-dark current Ratio (PDCR) of 15 with a responsivity of 5.9 mA/W at 254 nm wavelength. Durability to challenging circumstances of the prototype is tested with sufficient bending cycles. Even after 75 bending cycles, it kept functioning ~96 % of the rest state with respect to current levels and PDCR. The manufacturing process used here eases the burden of nano-manufacturing for large-scale integration, is inexpensive, and pave the way for new design of experiment in diverse wearable optoelectronic products. Taking everything into consideration, randomness of CVD, PVD, and device production, standardization of cleaning with sonic bath for materials, quality control with SEM, and optical microscopy, design of the experiments and measurements with Keithley, product life cycle analysis by bending tests and innovation with R&D are going to be investigated by a case, production of nanowire and thin film based UVPD devices from the perspective of industrial engineering principles.