Elektriksel boşalma ortamından poliimid (PI) yüzeyine çöktürülmüş nano-boyutlu karbon örtünün dielektriğin elektro-fiziksel özelliklerine etkisi
The influence of nano sized carbon cover precipitated onto polyimide (PI) surface from electrical discharge medium on the electrophysical properties of dielectric
Yazar: MURAT KÖSEOĞLU
Danışman: PROF. DR. HAFIZ ALİSOY
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Modifikasyon = Modification ; İletkenlik = Conductivity

Özet:
Bu çalışmada, üstün elektriksel, termal, mekanik ve kimyasal özelliklere sahip olması nedeniyle, elektriksel sistemlerin yalıtımında, mikroelektromekanik sistemlerde, biyomedikalde, optoelektronk ve mikroelektronik teknolojisinde yaygın olarak kullanılan poliimid (PI) dielektriğin elektrofiziksel özellikleri incelenmiştir. Bu amaçla PMDA-ODA tipi bir PI örneğinin, dielektrik permitivite, dielektrik kayıp faktörü ve AC iletkenlik gibi elektrofiziksel özellikleri, belirli frekans ve sıcaklık aralığında Metal-Dielektrik-Metal (Au-PI-Au) elektrot sisteminde ölçülen kapasitans (C), kayıp açısı (D) ve kondüktans (G) değerlerinden hareketle hesaplanmıştır. Daha sonra özdeş üç örnek ele alınarak üç farklı modifikasyon prosesine tabi tutulmuştur. Modifikasyona uğrayan örneklerin, elektrofiziksel özellikleri aynı yöntemle tekrar ölçülmüş ve taramalı elektron mikroskobuyla (SEM) görüntüleri incelenmiştir. Modifiye olmuş örnekler için hesaplanan değerler, frekans ve sıcaklık eksenine göre çizdirilerek karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir. Elde edilen deneysel sonuçların, Havriliak-Negami yaklaşımı kullanılarak elde edilen teorik sonuçlarla grafiksel olarak uyum sağladığı gözlenmiştir. Seçilen bir örneğin aktivasyon enerjisi iki farklı relaksasyon bölgesi için Arrhenius denklemi yardımıyla hesaplanarak, örneğin iletim mekanizması hakkında bir fikir edinilmesi sağlanmıştır. Ayrıca seçilen örnek için dielektrik delinme gerilimi, hacim ve yüzey dirençleri de ölçülmüştür.Sonuç olarak: i) Arayüzeysel polarizasyon proseslerinin ve örneğin DC iletkenlik değerinin özellikle yüksek sıcaklık-düşük frekans bölgelerinde örneğin dielektrik davranışı üzerinde büyük etkilerinin olduğu, ii) PI dielektrikte elektriksel iletimin daha çok iyon atlaması yoluyla sağlandığı ve iii) Elektriksel özellikler incelendiğinde, uygulanan modifikasyonlardan en verimlisinin bir saat süresince %5C2H2-%95Ar plazmada gerçekleştirilen işlem olduğu, korona modifikasyonunun ise örneğin elektriksel özelliklerini olumsuz yönde etkilediği görülmüştür.

Abstract:
In this study, the electrophysical properties of polyimide (PI), which is widely used in electrical insulation, microelectromechanical systems, biomedical, optoelectronic and microelectronic technology because of having excellent electrical, thermal, mechanic and chemical properties, are investigated. For this purpose, the electrical properties such as dielectric permittivity, dielectric loss factor and AC conductivity have been calculated by using experimental capacitance (C), loss tangent (D) and conductance (G) values measured in a certain frequency and temperature range by a Metal-Dielectric-Metal (Au-PI-Au) electrode system for a PMDA-ODA type PI sample. Afterwards, three different types of modification processes have been applied to three identical samples. The electrophysical properties of the modified samples have been measured by using the same method, and the samples have been investigated by using scanning electron microscope (SEM). The plot of calculated values for modified samples versus time and frequency have been illustrated and analyzed comparatively. It has been observed that the obtained experimental results have a good agreement with theoretical results obtained by using Havriliak-Negami approach. The activation energy of a chosen sample has been calculated for two different relaxation regions by using Arrhenius equation in order to have any supposition about the conduction mechanism of the sample. Furthermore, dielectric breakdown voltage, volume resistivity and surface resistivity of the sample have been also measured.Finally, it has been concluded that: i) The interfacial polarization and DC conductivity of the sample affect the dielectric behavior of the sample negatively especially in high temperature-low frequency region, ii) The electrical conduction in PI dielectric is achieved mostly by the ion hopping, iii) By considering the improved electrical properties the %5C2H2-%95Ar plasma modification applied to the sample for an hour is agreed as the most efficient modification, while the modification by corona discharge affects the electrical properties negatively.