Nanoyapılı ince film örneklerin, geçirmeli ve yüzey taramalı X-ışını saçılma yöntemleri (SAXS-GISAXS) ile incelenmesi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Fizik Mühendisliği A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2017
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: BEGÜM ÇINAR BAM
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): SEMRA İDE
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu tez kapsamında, kristal, amorf ve polimer yapılı ince film yapıların analizinde üç boyutlu yapısal bilgilere ulaşabileceğimiz SAXS (Small Angle X-ray Scattering) ve GISAXS (Grazing Incidence Small Angle X-ray Scattering) yöntemleri kullanılmıştır. Tez kapsamında yapılan GISAXS ölçümleri, Anton Paar firması Ar-Ge laboratuvarında üretilmiş, sinkrotron ışın akısına çok yakın akıya sahip X-Işını kaynağı olan modern laboratuvar tipi GISAXS sistemi ile yapılmıştır. Böylece, ince film yapılar SAXS yöntemi ile sadece X-Işını geçirme modunda incelenmemiş aynı zamanda GISAXS yöntemi ile yüzeyleri taranarak ve yüzey derinliğine inilerek de ayrıntılı ve daha gerçekçi analizler yapılabilmiştir. Bu analizlerde Hacettepe Üniversitesi ve Gazi Üniversitesi'nde, ince film konusunda uzman bilim insanları tarafından hazırlanan tek ve çok katmanlı ince filmler analiz edilmiştir. Böylece hazırlanan örneklerin ileri sevide yapılacak analizleri ve teknolojik kazanımları için uygun olup olmadıkları belirlenmiştir. Tez kapsamında, üç farklı grup ince film üzerinde çalışılmıştır. İlk grupta, magnetron kopartma tekniği ile hazırlanan Ge nanoparçacık gömülü ZnO ince film örnekler, hızlı ısıl tavlama (RTA) işlemi görmüş ve ısıl işlem görmemiş (Asmade) örnekler olmak üzere iki grupta incelendi. Her iki gruba ait ince filmler üzerinde farklı O2 basıncının (1, 3, 5 mTorr) etkisi incelendi. Özellikle artan basınç, 1 mTorr'da dikdörtgen prizma morfolojisine, 3 mTorr'da silindirik ve 5 mTorr'da daha kompakt küresel oluşumlara işaret ettiği görüldü. Böylelikle, morfoloji kontrollü nano ölçekli büyüme, oksit matrisleri için O2 kısmi basıncının değiştirilmesi ile başarılabilir. İkinci grupta ise, plazma destekli kimyasal buhar biriktirme sisteminde (PECVD) farklı oranlarda (%99, %95 ve %90) hidrojen ile seyreltilerek hazırlanan "hidrojenlendirilmiş nano kristal silisyum" (nc-SiOx:H; x<1) ince film örnekler incelenmiştir. %90 hidrojen seyreltme oranına sahip K23 ve K28 kodlu örneklerin oldukça üniform dağılımlı, çekirdek-kabuk yapılara sahip olduğu görülürken, % 95 hidrojen seyreltme oranına sahip K15 kodlu ince filmin nano ölçekli fraktal oluşumlara sahip oldukları görülmüştür. Benzer nano oluşumlar CKSiOx8 kodlu hidrojenlendirilmiş amorf silisyum altoksit ince filmde de görülmüştür. Farklı kodlarla ifade edilen ince film örneklere ait fiziksel parametreler tez kapsamında ayrıca verilmektedir. Bu örneklerin nano oluşum morfolojilerinin, hidrojenlendirilmiş ortama bağlı olarak kontrol altına alınabileceği belirlenmiştir. Üçüncü gruba ait ince filmler ise altın nano kristal ince film ve Parilen-C (PPX) ince filmlerdir. Üstün elektriksel kararlılıkları ve yalıtkanlık özellikleri ile ticari öneme sahip olan Parilen-C ince filmler, geleneksel buhar biriktirme ve eğik açılı buhar biriktirme yöntemleri kullanıldığında farklı nano oluşumlara ve yapısal özelliklere sahip oldukları belirlenmiştir. Değişken yarıçaplı küre-kabuk morfolojisinde fraktal oluşumlar sergileyen bu tek katmanlı filmlerin farklı alttaşlar üzerine buhar biriktirme yöntemi ile üretilmeleri sonucunda, özellikle 3D nano oluşum fraktal kümelenmelerinde morfoloji ve dağılımlarda farklılıklar belirlenmiştir. Eğik açı biriktirme yöntemi ile elde edilen altın nano kristal ince filmlerin yönelime bağlı büyüme doğrultuları da ayrıca belirlenmiştir. Yapılan tez çalışması sonucunda, odaklanılan ince filmlerin içerdiği nano oluşum morfolojileri, boyutları, uzaklık dağılımları, üç boyutlu en olası şekillenimleri, farklı morfolojilere ait ayrıntılı yapısal parametreleri, elektron yoğunluk bilgilerini de içerecek şekilde elde edilmiştir. Aynı ince film örneklerin yapıları SAXS ve GISAXS yöntemleri ile incelendiğinde, ulaşılan yapısal bilgilerin GISAXS analizlerinde çok daha hassas ve doğru oldukları görülmüştür. Böylece, yüksek akılı X-Işını kaynaklarının bu tür analizlerde mutlaka kullanılması gerekliliği de ayrıca sınanmıştır. Anahtar Kelimeler: SAXS, GISAXS, ince film, kristal, amorf, yarı iletken