Grafen-bakır heteroyapıların üretimi, karakterizasyonu ve ısı dağıtım performanslarının incelenmesi

Günümüz mikroişlemci teknolojilerinde, işlemci bölgesinde oluşan ısıyı, bu alandan uzaklaştırmak için bakır gibi yüksek termal iletkenliğe sahip ısı dağıtıcı plakalar kullanılmaktadır; ancak bakırın, artan akım kaynaklı ısı yükleri karşısında giderek yetersiz kalması, bu kullanım alanında alternatif malzeme arayışını zorunlu kılmıştır. Bu yüksek lisans çalışması kapsamında, ısı dağıtmada tüm alanının efektif bir şekilde kullanımını sağlayacak, yenilikçi bir malzeme geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu bağlamda, grafen-bakır heteroyapı tasarımları önerilmiştir. Bunun için öncelikle bakır yüzeyinde grafen oluşumu üzerine çalışılmış, sentez ve karakterizasyon çalışmaları ile grafen büyümesinde baskın deneysel parametrelerin etkileri sistematik bir şekilde incelenmiş ve kimyasal buhardan çöktürme (KBÇ) yöntemi ile bakır folyo yüzeyinde olabildiğince sürekli ve kaliteli grafen sentezi için parametreler başarıyla optimize edilmiştir. Sonrasında farklı sayıda grafen-bakır folyo ve sadece bakır folyo katmanlarından oluşan lamine yapılar hazırlanmış ve bunların termal özellikleri hem deneysel hem de hesaplamalı yöntemler ile incelenmiştir. Bu çalışmalar sonucunda yapıdaki grafenin termal iletimde beklenen artışı sağlayamadığı görülmüş, bu durum grafen-bakır lamine yapısında grafenin sistemde bakır katmana göre çok ince kalması ile açıklanmıştır. Böylece çalışmalardan edinilen bilgilerin ışığında grafen-bakır gözenekli yapı tasarımı önerilmiş, grafen-bakır gözenekli yapı sentezi, karakterizasyonu ayrıntılı şekilde çalışılarak, termal ölçümleri gerçekleştirilmiş ve bu yapıda grafenin termal yayınım performansını arttırdığı gösterilmiştir. Grafenin termal özelliklere bu pozitif etkisi, grafenin yüksek termal yayınımının yanı sıra, bakırı oksitlenmeden koruması ile de açıklanmıştır. Üçüncü yapı olarak, bakır tozlarının sinterlenmesini kısıtlayarak grafen oluşum yüzey alanını arttırma amaçlı, Tour metodu ile sentezlenmiş grafen oksit (GO) katkılı grafen-bakır gözenekli yapılar da çalışılmış, ancak katkılama miktarları fazla olduğundan, yapıda bulunan bakırlar arasındaki mesafe açılmış ve termal difüziviteye katkıda bulunan grafen miktarı, bu mesafelerden kaynaklanan ısı iletimindeki kayıpları dengeleyememiş ve termal difüzivite düşmüştür.