Elektron Alan Emisyonu Uygulamalarına Yönelik Vakum Dekompozisyonu Tekniği ile Silisyum Karbür Alttaş Üzerinde Karbon Nanoyapıların Sentezi ve Karakterizasyonu

Abstract

Grafen ve karbon nanotüp (KNT) gibi karbon nanoyapılar, özellikle dik hizalı üretildiklerinde, elektron alan emisyon katotlarında önemli bir potansiyele sahiptir. Bu yapıların üretiminde vakum dekompozisyon tekniği, karbon kaynağını doğrudan karbür tabanlı alttaşlardan sağlaması, reaktif gaz (ör. CH4) ve katalizör kullanımına ihtiyaç duymaması gibi avantajlar sunar. Ayrıca karbonun biriktirme yerine dekompozisyon yoluyla oluşturulması, alttaş ile güçlü bir arayüz sağlar. Ancak, bu teknikle yapılan çalışmalar sınırlı sayıda grup tarafından tekrarlanabilmiştir. Hassas proses koşulları, karbür tabanlı alttaşın özellikleri, ortam atmosferi, deneysel altyapı farklılıkları ve malzeme karakterizasyon yöntemlerindeki analizlerdeki farklılıklar gibi sebeplerden ortaya çıkmaktadır. Bu çalışma, silisyum karbür (SiC) alttaş üzerinde karbon nanoyapıların vakum dekompozisyon yöntemiyle sentezi ve karakterizasyonuna odaklanmaktadır. Proses parametrelerinin (sıcaklık, süre, karbür yüzeyi vb.) etkilerinin çapraz doğrulama yoluyla incelenmesi ve literatürde araştırılmamış proses atmosferlerinin (vakum, CH4, N2, CO2) oluşan yapılara etkisinin araştırılması hedeflenmiştir. Elde edilen numunelerin elektrik alan emisyonundaki potansiyeli de değerlendirilmiştir.

Carbon nanostructures (such as graphene and CNTs), especially when vertically aligned, hold significant potential for electron field emission cathode applications. The vacuum decomposition technique offers advantages in producing these structures, including sourcing carbon directly from carbide lattice, eliminating the need for reactive gases (e.g., CH4) or catalysts, and forming strong interfaces with substrates due to decomposition instead of deposition. However, reproducing these results has been limited to a few research groups due to factors such as precise process conditions, the properties of carbide-based substrates, atmospheric effects during the process, variations in experimental setups, and differences in material analysis techniques. This study focuses on the synthesis and characterization of carbon nanostructures on silicon carbide (SiC) substrates using the vacuum decomposition method. It aims to systematically investigate the effects of process parameters (such as temperature, duration, carbide surface) through cross-validation of known literature findings and to explore the previously unexamined impacts of process atmospheres (vacuum, CH4, N2, CO2) on the resulting structures. Additionally, the potential of these structures in electron field emission applications will be evaluated using selected samples.