Growth and characterization of boron nitride thin films and nanostructures using atomic layer deposition
Bor nitrür ince filmlerin ve nanoyapıların atomik katman biriktirme yöntemi ile büyütülmesi ve karakterizasyonu
- Tez No: 374348
- Danışmanlar: Assist. Prof. Dr. NECMİ BIYIKLI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Seramik Mühendisliği, Ceramic Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 86
Özet
III-nitrür ailesinin bir üyesi olarak, bor nitrür (BN) ve nanoyapıları geniş bant aralığı, yüksek-sıcaklık kararlılığı, ve yüksek oksitlenme ve korozyon direncinin yanısıra yüksek ısıl iletkenliği de içeren ayırt edici ve üstün malzeme özellikleri sayesinde yakın zamanda çokça dikkat çekmiştir. Bu çok yönlü malzeme UV emisyonu, yağlama, kompozit güçlendirme, gaz adsorpsiyonu, kozmetik, ve ısıl yönetimde uygulamalar bulmuştur. Modern elektronik uygulamalar için, hBN uygulamalarının tüm spektrumunu gerçekleştirmek amacı ile yüksek kaliteli ve kontrollü kalınlığa sahip BN filmlerin yüksek alanlı alttaşlar üzerine elde edilmesi gerekmektedir. Ayrıca, zehirli olmayan yan ürünler elde etmek açısından standartlarla uyumlu şekide düşük sıcaklıklarda BN filmler elde etmek için halojenür içermeyen öncü maddelerin kullanıldığı atomik katman biriktirme (AKB) gibi kolay bir metoda gerek duyulmaktadır. AKB iki ya da daha fazla öncü maddenin arındırma periyotları ile ayrılmış ardışık atımlarla alttaş yüzeyine gönderildiği özel bir kimyasal buhar biriktirme çeşididir. Diğer ince film büyütme metodları ile karşılaştırıldığında, AKB yönteminin ayırt edici özelliği muntazam ve konformal ince filmlerin angstrom-altı kalınlık kontrolü ile biriktirilmesine olanak sağlayan kendi kendini sınırlayan büyütme mekanizmasıdır. AKB yönteminin kesin ve konformal katman katman büyütme tarzı elektro lif çekimi yöntemi ile elde edilmiş yüksek boy/en oranına sahip polimer nanolif şablonlar üzerine BN oyuk nanoliflerin büyütülmesini iv gerçekleştirmek amacıyla da kullanılabilir. AKB ve elektro lif çekimi yöntemlerinin birlikte kullanılmasıyla üretilen BN oyuk nanolifler, ağır hazırlama koşulları, morfoloji üzerindeki sınırlı kontrol, ve elde edilen BN oyuk nanoliflerin düşük saflığı gibi, önceki üretim metodları ile ilgili önemli kısıtlamaları tanımlamak ve çözmek amacıyla kullanılabilir. Bu tezde, BN filmlerin ve nanoyapıların oyuk katod plazma (OKP) kaynağı entegre edilmiş bir reaktörün kullanımıyla kontrollü bir şekilde büyütülmesini rapor etmekte, biriktirilen ince filmler ve üretilen nanoyapılar için detaylı malzeme karakterizasyon sonuçları sunmaktayız. Biriktirmeler düşük alttaş sıcaklıklarında (450 °C'den düşük), boron ve nitrojen öncü maddelerinin, sırasıyla halojenür olmayan trietilbor (TEB) ve N2/H2 plazmanın ardışık enjeksiyonu kullanılarak gerçekleştirilmiştir. TEB'un atım süresi ve alttaş sıcaklığı gibi biriktirme süreç parametrelerinin yanısıra biriktirme sonrası tavlamanın etkileri de incelenmiştir. Ayrıca, BN filmlerin biriktirilmesi için tris(dimetil)amidobor (TDMAB) isimli, halojenür içermeyen diğer bir alternatif öncü madde araştırılmıştır. İlk deneyler, bor ve nitrojen öncü maddeleri olarak TDMAB ve N2/H2 plazmanın kullanılmasıyla gerçekleştirilmiştir. BN ince film büyütme çalışmalarına ek olarak, AlN/BN iki kabuklu oyuk nanoliflerin elektro lif çekimi yöntemi ile elde edilmiş polimerik nanolif şablon-temelli üretimini ve karakterizasyonunu rapor etmekteyiz. Sentezlenen AlN/BN iki kabuklu oyuk nanoliflerin düşük safsızlık içeriği ile birlikte hegzagonal yapıya sahip ve çok taneli olduğu bulunmuştur.
Özet (Çeviri)
Being a member of III-nitride family, boron nitride (BN) and its nanostructures have recently attracted a lot of attention, mainly due to their distinctive and superior material properties, including wide band gap, high-temperature stability, high oxidation and corrosion resistance, as well as high thermal conductivity. This versatile material has found applications in UV emission, lubrication, composite reinforcement, gas adsorption, cosmetics, and thermal management. For modern electronic applications, it is imperative to obtain high quality BN films on large area substrates with a controlled thickness in order to fulfill the entire spectrum of hBN applications. Also, a facile method such as atomic layer deposition (ALD) using non halide precursors is necessary to obtain BN films at low temperatures compliant with the standards in terms of having nontoxic byproducts. ALD is a special case of chemical vapor deposition (CVD), in which two or more precursors are sequentially exposed to substrate surface separated by purging periods. In comparison with other thin film growth methods, hall mark of ALD is self limiting growth mechanism which enables deposition of highly uniform and conformal thin films with sub-angstrom thickness control. The precise and conformal layer by layer growth of ALD can be exploited to achieve growth of BN hollow nanofibers (HNFs) on high aspect ratio electrospun polymer nanofibrous templates. BN HNFs fabricated by combination of ALD and electrospinning can be utilized to address and solve important constraints associated with previous methods of fabrication such as ii severe preparation conditions, limited control over morphology, and low purity of the resulting BN HNFs. In this thesis, we report on the controlled deposition of BN films and its nanostructures with the use of a hollow-cathode plasma source integrated (HCPA-ALD) reactor and present detailed materials characterization results of deposited thin films and fabricated nanostructures. Depositions are carried out at low substrate temperatures (less than 450 °C) using sequential injection of non-halide triethylboron (TEB) and N2/H2 plasma as boron and nitrogen precursors, respectively. The deposition process parameters such as pulse length of TEB and substrate temperature, as well as the influence of post-deposition annealing are studied. Moreover, another nonhalide alternative precursor named tris(dimethyl)amidoboron (TDMAB) was studied for deposition of BN films. Initial experiments were performed using TDMAB and N2/H2 plasma as boron and nitrogen precursor. In addition to BN thin film growth studies, we report on electrospun polymeric nanofibrous template-based fabrication and characterization of AlN/BN bishell HNFs. Synthesized AlN/BN bishell HNFs were found to be polycrystalline with a hexagonal structure along with low-impurity content.
Benzer Tezler
- Atomic layer deposition of III-nitrides and metal oxides; their application in area selective ALD
III-nitratların ve metal oksitlerin atomik katman kaplamısı; bunların alan seçici ALD'deki uygulamaları
ALI HAIDER
Doktora
İngilizce
2017
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Assist. Prof. AYKUTLU DANA
DR. NECMİ BIYIKLI
- Deposition and characterization of single and multilayered boron carbide and boron carbonitride thin films by different sputtering configurations
Tek ve çok katmanlı bor karbür ve bor karbonitrür ince filmlerinin farklı sıçratma teknikleriyle biriktirilmesi ve karakterizasyonu
TOLGA TAVŞANOĞLU
Doktora
İngilizce
2009
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. MİCHEL JEANDİN
PROF. DR. OKAN ADDEMİR
- Bor nitrür partiküllerinin ultra ince tabaka ile kaplanmasının araştırılması
Investigation of ultra thin boron nitride particles coating by atomic layer deposition method in fluidized bed
ALPER UĞUR
Doktora
Türkçe
2017
Mühendislik BilimleriAnadolu ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURAN AY
- Formation and functionalization of boron phosphide monolayers
Tek atomik katmanlı boron fosfor yapılarının oluşturulması ve işlevselleştirilmesi
LÜTFİYE HALLIOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ENGİN DURGUN
- Hekzagonal bor nitrür katkılı üç boyutlu polimerik iskelelerin kemik doku mühendisliği amacıyla üretim ve karakterizasyonu
Production and characterization of hexagonal boron nitride doped three-dimensional scaffolds for bone tissue engineering
DENİZ AKİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
BiyoteknolojiMarmara ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OĞUZHAN GÜNDÜZ
DR. ÖĞR. ÜYESİ NAZMİ EKREN