Atomic layer deposition of metal oxide thin films and nanostructures

Mikroelektronik entegre devrelerin devam eden küçülmesiyle birlikte üç boyutlu fonksiyonel tabakalara olan ihtiyaç artmış, yüksek konformalite ve atomik seviyede kalınlık kontrolu sağlayan orjinal ve geliştirilmiş büyütme tekniklerigerekmiştir. Diğer ince film kaplama tekniklerinden farklı olarak, atomik katman kaplama (?Atomic Layer Deposition?, ALD) yöntemi kendini sınırlayan reaksiyonlara dayanmaktadır. ALD?nin kendini sınırlayan büyütme mekanizması mükemmel konformalite ve geniş alanda düzgün kaplamalara imkan sağlamaktadır. Ayrıca, film kalınlığı tam olarak ardışık yüzey reaksiyonların sayısını değiştirerek kontrol edilebilmektedir.Galyum oksit (Ga2O3) ince filmler Ga(CH3)3 ve oksijen (O2) plazma öncü maddeleri kullanılarak plasma yardımcı atomik katman kaplama (PEALD) yöntemi ile büyütülmüştür. 0.53 Å/devir sabit kaplama hızı ile 100-400 °C aralığında geniş ALD sıcaklık penceresi gözlemlenmiştir. Büyütülen Ga2O3filmlerin kaplama parametreleri, kompozisyon, kristalinite, yüzey morfolojisi, optik ve elektriksel özellikleri tavlanmadan önce ve sonra karakterize edilmiştir. Büyütülen filmlerin elektriksel özelliklerinin araştırılması amacıyla, farklı film kalınlığı ve tavlama sıcakları içeren metal-oksit-yarıiletken kapasitör yapıları imal edilmiştir. Ga2O3 filmler tavlama sonrasında etkili dielektirik özellikler sergilemiştir. Dielektrik sabiti film kalınlığı ile artmış ve artan tavlama sıcaklığile hafif azalmıştır. Ek PEALD deneyi olarak, indiyum oksit (In2O3) ince filmlerin kaplama parametreleri C5H5In ve O2 plasma öncüleri kullanılarak çalışılmıştır. Bu deneylere ilişkin ilk sonuçlar da bu tez kapsamında verilmiştir.ALD, hatasız kalınlık kontrolü, yüksek homojenlik ve konformalite özellikleri sayesinde nanoyapıların üzerine konformal kaplamalar için oldukça umut verici bir kaplama yöntemi haline gelmiştir. Bu tez çalışması, aynı zamanda, organik nanolif yapıları kullanılarak metal oksit nanotüplerinsentezlenmesini de içermektedir. Elektroeğirme ve ALD yöntemleri bir arada kullanıldığında, sentezlenen nanotüplerin hem iç çaplarını, hem de duvar kalınlıklarını düzgün bir şekilde kontrol etme imkanı sağlanmıştır. Kavram ispatı olarak, HfO2 nanotüplerlerin sentezi üç adımda gerçekleştirilmiştir: (i) elektroeğirme yöntemi ile nylon 6,6 nanoliflerin hazırlanması, (ii) ALD ile Hf(NMe2)4 ve su öncüleri kullanılarak nanoliflerin üzerine 200 °C de konformal HfO2 katmanının kaplanması, (iii) nanoliflerin kalsinasyon yöntemi ile kaldırılması sonucunda içi boş serbest HfO2 nanotüplerin elde edilmesi. Aynı prosedür farklı ortalama lif çaplarına uygulandığında, daha küçük çaplı fiberler için beklendiğinden daha az duvar kalınlığı elde edilmiştir. Bunun sebebi geniş alanlı yüzeylerde öncünün maruz kalma süresinin yetersiz kalması ile açıklanmıştır. Bu nedenle, geniş yüzey alanları nanoyapıların kaplanmasında istenilen duvar kalınlığını elde etmek için ?exposure mode? adı verilen farklı bir kaplama yöntemi uygulanmıştır. HfO2 nanotüpler elde etmek için gerekli film kaplama parametreleri ve elde edilen nanotüplerin yapısal, elementel ve yüzeysel karakterizasyonları sunulmştur.Anahtar Sözcükler: Plasma-Yardımlı Atomik Katman Kaplama (PEALD), Galyum Oksit, İndiyum Oksit, Hafniyum Oksit, İnce Filmler, Nanotüpler