Kimyasal buhar biriktirme yöntemi kullanılarak grafenin sentezlenmesi ve yapısal analizi
Synthesizing the graphene using chemical vapor deposition and structural analysis
Yazar: ÖZGE ÜNLÜ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. UĞUR ERKARSLAN
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Grafen, elektriksel olarak yüksek mobiliteye sahip, optiksel olarak şeffaf ve bunlara ek olarak esnek, dayanıklı, çevresel etkilerden bağımsız özellik gösteren, hekzagonel bir örgü şeklinde bağ yapan tek tabakalı Karbon (C) atomlarının oluşturduğu 2-boyutlu malzemedir. Grafen günümüzde, kristal yapısı sonucunda gösterdiği üstün özellikleri nedeniyle başta şeffaf iletkenler ve opto-elektronik aygıtlar olmak üzere yoğun bir şekilde ilgi çekmektedir. Grafen bilinen en yüksek Young modülüne sahip, kırılma dayanımının, termal iletkenliğinin ve yük taşıyıcılarının yüksek hareketliliği, ayrıca özel yüzey alanı, kuantum Hall olayı gibi şaşırtıcı bir taşınım olayı göstermesi gibi birçok özelliğe sahiptir. Ayrıca üretim yöntemlerinden biri olan CVD yöntemi, Cu üzerine grafen sentezlenmesi, büyük alanlara grafen kaplama potansiyeli, ucuz olması ve ticari olarak üretilebilir olması nedeniyle sıklıkla başvurulan bir grafen üretim yöntemi olmuştur.
Yüksek kaliteli kristalleşmeye sahip, geniş alanlar üzerine kaplanan ve tek tabakalı üstün özelliklere sahip grafenin üretilmesi bu tezin kapsamı içindedir. Çalışmada grafen, argon ve hidrojen içerisinde seyreltilmiş metandan, bakır folyo üzerine 1000 oC derecede atmosferik basınçta, CVD yöntemi kullanılarak sentezlenmiştir. Ana sentez parametrelerinin etkisiyle 2x2 cm2'lik Cu folyo üzerinde kristal kusurları olmayan, sürekli, tek tabakalı grafen elde edilmiş ve farklı uygulamalar için gerekli olan cam, FTO ve Si/SiO alttaşlar üzerine transfer edilmiştir. Grafenin homojenliği, tabaka sayısı ve kristal kalitesi optik mikroskop, SEM (Taramalı elektron mikroskobu) ve Raman spektroskopisi kullanılarak analiz edilmiştir.

Abstract:
Graphene; being electrically highly mobile, optically transparent and additionally resilient, durable and independent of environmental effects, has a hexagonal lattice geometry formed by 2-dimensional mono-layer carbon (C) atoms. Due to the superior properties of the graphene structure, it attracts enormous interest for many applications, primarily, in the fields of transparent conductors and optoelectronic devices. Graphene, the highest known Young modulus, has many features such as the fracture strength, thermal conductivity and high mobility of charge carriers, and the special surface area, a surprising convection event, like the quantum Hall effect. In addition, the CVD method, which is one of the graphene production methods, is a commonly used graphene production method because of Synthesis of graphene on copper, coating potential to large areas, being cheap and commercially available.
The production of graphene, which has high-quality crystallization, single-layer superior features and ability to be coated on large surfaces, is within the scope of this thesis. In this study, graphene was synthesized from diluted methane in argon and hydrogen by using the CVD method at atmospheric pressure of 1000 oC on copper foil. Based on the main synthesis parameters, a continuous and monolayer graphene without crystal defects obtained on 2x2 cm2 Cu foil, required for different applications, has been transferred to glass, FTO and Si/SiO substrates. The homogeneity of graphene, number of layers and crystal quality were analyzed using optical microscopy, SEM (Scanning electron microscopy) and Raman spectroscopy.