Elmas benzeri karbon ince filmlerin hazırlanması ve karakterizasyonu
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Fizik Mühendisliği A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2014
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: TANER ZERRİN
Danışman: Özlem Duyar Coşkun
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Elmas benzeri karbon (DLC) ince filmler, reaktif DC magnetron kopartma tekniği kullanılarak cam alttaşlar üzerinde büyütülmüştür. Optik ve bağ özellikleri arasındaki ilişkinin incelenmesi için filmlerin optik, yapısal ve yüzey karakterizasyonları yapılmıştır. Bu amaç doğrultusunda alttaş sıcaklığı (Ts), argon basıncı (PAr), reaktif gaz olarak hidrojen kısmi basıncının toplam gaz basıncına oranı PH2/(PAr+PH2) ve negatif alttaş besleme gerilimi (Vnb) gibi büyütme parametrelerinin değiştirilmesinin, DLC filmlerin özellikleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Cauchy Soğurucu Modeli, Üçlü Harmonik Osilatör Modeli, Tauc-Lorentz Modeli ve Forouhi-Bloomer Modeli olmak üzere, dört ayrı optik model kullanılarak filmlerin optik geçirgenlik ve yansıtma ölçümlerine eş zamanlı uyuşum işlemleri uygulanmış, uyuşum işlemleri sonucunda filmlerin dalga boyuna bağlı optik sabitleri ve film kalınlıkları elde edilmiştir. Farklı çalışma basınçlarında hazırlanan filmlerin sp2/sp3 oranlarının belirlenebilmesi için XPS tekniği ile filmlerin bağ yapıları incelenmiştir. DLC filmlerin optik aralıkları (Tauc aralığı), amorf karbondaki sp2 kümelerinin yönelim ve büyüklüğü ile ilgili olan sp2/sp3 oranından etkilenmektedir. Film içindeki büyük ve düzenli kümeler, Tauc aralığını daraltarak, filmin elmas benzeri özelliklerini azaltır. Çalışma basıncının artırılması ile filmlerin sp2/sp3 oranı küçülmüş, böylece Tauc aralıkları genişlemiştir. Çalışma basıncının 50 mTorr 'a yükseltilmesi ile elmas benzeri optik özellikleri yüksek olan filmler elde edilmiştir. Buna karşın, çalışma basıncı 2 mTorr gibi nispeten daha düşük olan filmlerde ise, grafit benzeri optik özellikler baskın hale gelmiştir. Oda sıcaklığında hazırlanan DLC filmler, ısıtılan alttaşlar üzerinde büyütülen filmlere göre, daha fazla elmas benzeri özellikler göstermektedir. Alttaş sıcaklığının 100 °C 'nin üzerine yükseltilmesi ile film yapısında grafitleşme başlamış, alttaş sıcaklığı 200 °C ve üzerine yükseltildiğinde ise, büyük grafitik bölgelerinin oluşumu ile filmlerin Tauc oldukça daralmıştır. Film içindeki hidrojen miktarı, filmlerin optik aralığını ve elmas benzeri özelliklerini etkileyen önemli bir faktördür. Film yapısına katılan hidrojen, sp2 bölgelerine bağlanarak yapıdaki sp3 bağ sayısını artırır. Hidrojen kısmi basınç yüzdesinin kritik bir değeri (% 2) için, elmas benzeri özelliklerin iyileştiği görülmüştür. Hidrojen kısmi basınç yüzdesinin % 2' den farklı değerleri için, filmlerin optik bant aralığı daralmış ve elmas benzeri özellikleri zayıflamıştır. Negatif alttaş besleme geriliminin değiştirilmesi ile, alttaş yüzeyine ulaşan atom/iyonların enerjisi kontrol edilmiştir. Vnb' nin kritik bir değerinde elmas benzeri özelliklerin iyileştiği gözlenmiştir. Negatif besleme geriliminin 40 V 'a artırılması ile, sp3 bağ sayısı artan filmin, genişleyen Tauc aralığı ile elmas benzeri özellikleri iyileşmiştir. Vnb 'nin 75 V' a artırılması, küme büyüklüğünün artmasına ve Tauc aralığının daralmasına, yani yapı içerisindeki elmas benzeri yapıların azalmasına neden olmuştur. Tez kapsamında film büyütme parametrelerinin kontrol edilmesi ile, Tauc aralıkları 0.80-2.22 eV aralığında, kırma indisi değerleri ise 1.56-2.40 aralığında değişen amorf karbon filmler hazırlanmıştır. Büyütme parametrelerinin değiştirilmesi ile amorf karbon filmlerin optik ve yapısal özellikleri modifiye edilebilmektedir. Geniş çaplı ayarlanabilir optik özellikleri ile DLC filmler, çeşitli optik uygulamalarda kullanılmaya aday bir malzeme olarak dikkat çekmektedir.