Synthesis and characterization of fluorene-type and hydrogenated amorphous carbon thin films in RF and DC glow discharges
Fluoren-tipi ve hidrojenlenmiş amorf karbon ince fimlerinin RF ve DC elektriksel boşalmaları altında sentezlenmesi ve karakterizasyonu
- Tez No: 415557
- Danışmanlar: PROF. DR. KADRİ SİNAN BİLİKMEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 221
Özet
Fluoren (C13H10)-tipi ve hidrojenlenmiş amorf karbon (a-C:H) ince filmleri tek kapasitör destekli (bağlı) radyo frekans (RF) ve doğru akım (DC) plasma sistemleri kullanılarak sentezlenmiştir. İlk sistem olan RF plazma reaktörü birbirine paralel alt ve üst iki dairesel eletrottan oluşmaktadır. Üst elektrot 13.56 MHz' lik RF güç kaynağına, alt elektrot ise toprağa bağlanmıştır. Alt taş yüzeyine pozitif iyon akısını (bombardımanını) yönlendirmek için, alt taş tutucu ile vakum odacığının duvarı arasına negatif voltaj uygulanmıştır. İkinci sistem olan DC plazma reaktörü üç silindirik eletrot ile iki quartz tüpünden oluşmaktadır. İnce film üretimi iki sistemde de cam alt taş ve silikon pul üzerinde gerçekleştirilmiştir. Fluoren-tipi ince filmler RF plazma reaktörü içerisinde bifenil (C12H10)/metan (CH4) ve bifenil /etilen (C2H4) plazmaları kullanılarak, hidrojenlenmiş amorf karbon (a-C:H) filmleri ise metan plazması kullanılarak üretilmiştir. DC plazma reaktöründe ise ince film üretmek için fluorene monomeri kullanılmıştır. Üretilen ince filmlerin elektrik ve optik özelliklerini iyileştirmek için İyodin katkılaması yapılmış ve farklı sıcaklıklar altında tavlanmıştır. Ayrıca bu ince filmler kristal silikon (c-Si) güneş hücreleri üzerine kaplanmış ve güneş hücrelerinin verimliliğini % 5 civarında arttırdığı gözlemlenmiştir. Bu çalışmada, ince filmlerin kimyasal yapıları ve fiziksel özellikleri plazma gücü, gaz akış hızı, uygulanan negatif voltaj değeri, kaplama süresi, ve plazma basıncı gibi farklı plazma parametreleri altında analiz edilmiştir. Plazma diyagnostik özellikleri çift Langmuir sondası ile ölçülmüştür. İnce filmlerin kimyasal bağ yapı özelliklerinin karakterizasyonu için Fourier Dönüşümlü Kızılötesi (FTIR) ve X-ışını Fotoelektron (XPS) Spektroskopileri kullanılmış ve ince film üretimi sırasında oluşan plazmadaki kimyasal değişiklikler Artan (Residual) Gaz Analiz (RGA) Kütle Spektrometresi ve Optik Yayılım Spektroskopisi (OES) kullanılarak analiz edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, ince film üretimi sırasında negatif voltaj uygulamanın oluşan reaksiyonların kontrol edilmesinde etkili bir yöntem olduğu ortaya çıkmış, plazma gücü ve gaz akış hızının yanı sıra kaplama süresi arttırıldığında üretilen filmlerin kalitesinde genellikle bir artış olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca, filmlerin yüzey morfolojisi X-ışın Kırınım (XRD) Spektroskopisi ile ölçülmüş, yüzeyin topografik özelliklerinin analizi için ise Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. Fluoren-tipi ince filmlerin yüzeylerinin farklı negatif voltajlar ile oluşturulmuş olağanüstü nanoyapısal özelliklere sahip oldukları ve yüzeyler üzerinde oluşan piklerin bu filmleri fotovoltaik uygulamalar için uyumlu hale getirdiği gözlemlenmiştir. Bunlara ek olarak, filmlerin optik özelliklerini belirlemek için Morötesi (UV)-görünür bölge Spektroskopisi kullanılmış, filmlerin kalınlığı elipsometre ve Dektak Profilometre ile ölçülmüştür. Sonuçlara göre, plazma polimerizasyon yöntemi ile üretilmiş ince filmlerin yapılarının geleneksel yöntemlerle üretilen filmlerden daha farklı olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca, film yapısının içerisindeki zincir bağların (chains) bağımsız plazma parametrelerine göre farklı sıralamalarda oldukları tespit edilmiş ve ince filmlerin iletkenliği plazma parametrelerinin kontrol edilmesi ve İyodin katkılaması yapılarak iyileştirilmiştir. Son olarak, üretilen ince fimlerin hidrofobik özelliğini ölçmek için kontak açı (contact angle) ölçüm yöntemi kullanılmıştır.
Özet (Çeviri)
Fluorene (C13H10)-type and hydrogenated amorphous carbon (a-C:H) thin films were synthesized under a capacitively coupled single radio frequency (RF) and a direct current (DC) plasma systems. In the first system, the RF plasma reactor, circular parallel plate electrodes were used; the upper electrode was connected to 13.56 MHz RF power while the lower electrode was grounded. To control the positive ion bombardment, a negative bias voltage was applied between the holder of the substrate and the wall of the chamber. For the second system, the DC plasma reactor, consisted of three cylindrical electrodes and two quartz tubes. In both systems, the thin films were deposited on glass discs and silicon wafers. The fluorene-type thin films were produced in the RF plasma reactor under the biphenyl (C12H10)/methane (CH4) and biphenyl/ethylene (C2H4) mixtures, and the methane plasma was used to produce the a-C:H films. In the DC plasma reactor, the vaporization of the powder monomer (fluorene) was used. To improve the electrical and optical properties of the thin films, the generated films were doped by Iodine (I2) and annealed under variable temperatures. The thin films were applied to a crystalline silicon (c-Si) solar cell and an increase around 5 % was observed in the efficiency of the solar cell. The chemical structures and physical properties of the thin films were examined under such plasma parameters as the plasma power, gas flow rate, negative bias voltage, deposition time, and plasma pressure. Diagnostics of the system was done using a double Langmuir probe. To characterize the chemical structural properties of thin films Fourier Transform Infrared (FTIR) and X-ray Photoelectron (XPS) Spectroscopy were used, and the changes in the plasma chemistry during the deposition were measured by Residual Gas Analysis (RGA) Mass Spectrometer and Optical Emission Spectroscopy (OES). According to results, applying negative bias voltage could be considered an effective way in controlling the reactions in plasma depositions, and an increase in the quality of generated films when the plasma power and gas flow rate increased as well as the deposition time was generally observed. Moreover, the morphology of the films was analyzed by X-ray diffraction (XRD) and the nanotopographic properties of the surfaces were examined using an Atomic Force Microscope (AFM) and Scanning Electron Microscope (SEM). The surfaces of fluorene-type thin films had remarkable nanostructured characteristics generated by various negative bias voltages, and the rough surfaces made them useful for photovoltaic applications. Furthermore, the optical properties of the films were examined with UV-visible Spectroscopy and the thickness was measured with an ellipsometer and Dektak Profilometer. From the results, it could be suggested that the structures of thin films produced by plasma polymerization technique were different than the ones produced by the conventional techniques. Additionally, the different chains order were observed in the film structure with respect to independent plasma parameters and the conductivity of the films was improved by controlling of the plasma parameters and iodine doping. Finally, for the determination of hydrophobic behavior of the thin films, the contact angle measurement method was used.
Benzer Tezler
- Synthesis and electrochemical studies of fluorene and benzimidazole containing conjugated polymers
Fluoren ve benzimidazol içeren konjuge polimerlerin sentezi ve elektrokimyasal çalışmaları
İMGE NAMAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Bölümü
PROF. DR. LEVENT KAMİL TOPPARE
DOÇ. DR. YASEMİN ARSLAN UDUM
- Bir seri yeni floren/florenon temelli bileşiklerin sentezi, karakterizasyonu, farklı DNA, RNA ve sentetik oligonükleotidlerle etkileşimlerinin spektroskopik yöntemlerle incelenmesi
The synthesis and characterization of novel compounds based on fluorene/fluorenone ring and determination of their interaction studies with different DNA, RNA and synthetic oligonucleotides by spectroscopic methods
ERGİN YALÇIN
Doktora
Türkçe
2016
Eczacılık ve FarmakolojiGazi ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ZEYNEL SEFEROĞLU
- Design, synthesis and characterization of 2,1,3-benzothiadiazole comprising polymers: the effect of bridging units on the optoelectronic properties and opv device construction
2,1,3-benzotiadiazol ̇içeren polimerlerin tasarımı,sentezi ve karakterizasyonu: köprüleme ünitelerinin optoelektronik özellikleri ve opv cihaz yapısına etkisi
CANSU ZEYTUN KARAMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT KAMİL TOPPARE
DOÇ. DR. SALİH ÖZÇUBUKÇU
- Thioxantone derivatives with fluorene groups as visible light absorbing photoinitiators
Görünür bölgede absorbsiyona sahip floren-tiyoksanton türevleri
ALİ GÖRKEM YILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF YAĞCI
- Yeni tip yüksek çözünürlüğe sahip florlu ball-type metalloftalosiyaninler: Sentezi, karakterizasyonu ve bazı fiziksel özelliklerinin araştırılması
New type of perfluoro ball-type metallo phthalocyanines with high solubility: Synthesis, characterization and investigation of their some physical properties
NİLÜFER KOÇYİĞİT