Growth and characterization of boron nitride thin films and nanostructures using atomic layer deposition

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.