Mikro/nano Elektronik Uygulamalarda Kullanılmak Üzere Dik Hizalanmış Karbon Nanoyapıların Sentezi

Abstract

Karbon nanoyapılar (KNY) günümüz mikro/nano elektronik uygulamalarında oldukça büyük bir ilgi görmektedirler ve bu uygulama alanlarındaki gelişmeler için KNY?ların sentezindeki kontrolün arttırılması, yapısal özellikleri kolayca kontrol edilebilen, pratik, ucuz ve çevreye zararsız üretim tekniklerinin geliştirilmesi büyük önem arz etmektedir. Literatürde, çeşitli alttaşlar üzerinde demir gibi metal katalizör ve hidrokarbon gibi gaz kaynağı kullanılarak kimyasal buhardan çöktürme (KBÇ) ile tek boyutlu karbon nanoyapı oluşumu birçok grup tarafından detaylı bir şekilde araştırılmıştır. Bir diğer yöntem olarak, SiC vakum termal dekompozsiyonu ile yüzeyde karbon nano yapılar oluşturmaya yönelik çalışmalar da mevcuttur; ancak literatürde, SiC alttaş üzerine katalizör uygulayarak, karbon kaynağı kullanmadan karbon nanoyapı oluşumunu inceleyen bir çalışma mevcut değildir. Bu çalışmanın ana amacı, bu boşluğu doldurmak ve karbon nanoyapı sentezinde karbon kaynağı gaz, yüksek vakum ve yüksek sıcaklık gerektirmeyen pratik yeni bir yöntem geliştirmektir. Bu bağlamda bu çalışmada karbon kaynağı olarak SiC?ün kendi yapısı kullanılmış, SiC?ün dekompozisyon sıcaklık ve vakum değerlerini düşürmek için de SiC yüzeylerine Fe katalizör uygulanmıştır. Fe katalizör SiC alttaş üzerine, termal evaporatör, elektron demeti ve solüsyon tekniği olmak üzere üç farklı yöntem ile uygulanmış, daha sonra hidrojen ve vakum ortamında olmak üzere iki ayrı ısıl işleme tabii tutulmuştur. Süreç değişkenleri olarak katalizör uygulama tekniğinin (katalizör yüzey pürüzlülüğünün), katalizör kalınlığının, sıcaklığın, tavlama sürelerinin ve basıncın etkileri ayrıntılı bir şekilde çalışılmıştır. Katalizör uygulanmasının, hedeflendiği gibi SiC dekompozisyon sıcaklık ve vakum değerlerini düşürdüğü ve böylece daha düşük sıcaklık ve vakum değerlerinde karbon nanoyapı oluşumu gösterilmiştir. Oluşan karbon nanoyapıların morfolojilerinin kontrolünde ise Fe katalizör uygulama tekniğinin baskın değişken olduğu anlaşılmıştır. Tek boyutlu karbon nanoyapı oluşumu için hem deneysel hem de teorik çalışmalar, katalizörün moleküler seviyelerde (solüsyon tekniği ile) küçük partiküller halinde, yüksek yüzey pürüzlülüğü sağlayacak şekilde uygulanması gerektiğini ortaya koymuştur. Diğer durumlarda yüzeyde grafitik yapıların oluştuğu gösterilmiş, yapılan ayrıntılı sistematik çalışmalarla bu grafitik yapıların deney değişkenleri ile kontrol edilerek, günümüzün en önemli malzemelerinden biri olarak görülen grafenin sentezinin sağlanabildiği gösterilmiştir.