İki boyutlu metal karbürlerin kimyasal buhardan çöktürme yöntemi ile farklı alttaşlar üzerinde sentezi ve karakterizasyonu
The synthesis and characterization of two dimensional metal carbides on different metal substrates via chemical vapor deposition
Yazar: ÖMER REFET ÇAYLAN
Danışman: DOÇ. DR. ZARİFE GÖKNUR BÜKE
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı / Mikro ve Nanoteknoloji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
İki boyutlu (2B) Geçiş Metali Karbürler (GMK), sahip oldukları fiziksel ve kimyasal özelliklerinden dolayı ileri elektronikler başta olmak üzere birçok uygulamada dikkat çekmektedirler. Bu malzemelerin pratikte, uygulamalarda kullanılabilmesi için kontrollü ve tekrarlanabilir bir şekilde üretilebilir olmaları gerekmektedir. Bu tez çalışması kapsamında, 2B GMK'lerin, kontrollü, geniş yanal büyüklüğe sahip, yüksek kalitede üretilmesine yönelik, uygun maliyetli, ölçeklendirilebilir ve tekrarlanabilir kimyasal buhardan çöktürme (KBÇ) temelli süreç geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu bağlamda reaksiyon sıcaklığı ve süresi; katalizör varlığı, tipi ve miktarı gibi KBÇ süreç parametrelerinin oluşan yapıya etkileri 2B Mo2C üzerine yoğunlaşarak, ayrıntılı karakterizasyon çalışmaları (Taramalı Elektron Mikroskop (SEM), Geçirimli Elektron Mikroskop (TEM), Raman spektroskopisi, Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), Optik Mikroskop (OM), X-Işını spektroskopisi (XPS), X-Işınımı Kırınımı (XRD), Enerji Dağılımı Spektrometresi (EDS)) ile sistematik bir şekilde incelenmiştir. Böylece tamamlanan çalışmalar ile, proses parametrelerinin oluşan yapıya etkisi incelenmiş ve proses-yapı arasındaki ilişkinin kurulmasına yönelik çalışmaların yanı sıra; kontrollü senteze yönelik, kinetik ve aktivasyon enerji hesapları yapılmış; matematiksel modeller oluşturulmuş ve 2B Mo2C kristallerinin KBÇ yöntemi ile büyüme mekanizması tartışılmıştır. Bu kapsamda tamamlanan çalışmanın 2B GMK'lerin KBÇ yöntemi ile büyütülmesinin anlaşılmasında ve genel olarak 2B malzeme alanına önemli bir katkı sağlayacağı düşünülmektedir.

Abstract:
Two-dimensional (2D) Transition Metal Carbides (TMCs) draw attention in many applications, especially in advanced electronics, due to their physical and chemical properties. In order for these materials to be used in practice, they must be produced in a controlled and reproducible manner. Within the scope of this thesis, it is aimed to develop a cost-effective, scalable, and reproducible chemical vapor deposition (CVD) based process for the controlled, large lateral size, high quality production of 2D TMCs. In this context, the effects of CVD process parameters such as the reaction temperature and time; the catalyst presence, type and the amount of catalyst on the grown 2D Mo2C are investigated with detailed characterization studies (Scanning Electron Microscope (SEM), Transmission Electron Microscope (TEM), Raman Spectroscopy, Atomic Force Microscope (AFM), Optical Microscope (OM), X-Ray Spectroscopy (XPS), X-Ray Diffraction (XRD), Energy Dispersion Spectrometer (EDS)). Thus, with the completed studies, the effect of the processing parameters on the formed crystal structure was examined and besides the studies on the establishment of the relationship between the process and the structure; calculations related to kinetics and activation energy for controlled synthesis were implemented; the dominant mechanisms for the formation and growth of these crystals have been determined. In this context, it is thought that the completed study will make an important contribution to the understanding of the augmentation of 2D TMCs with the CVD method and to the field of 2D materials in general.