Bazı tek ve çok katmanlı ince film yapıların X-ışını saçılma ve X-ışını kırınımı yöntemleri ile incelenmesi
Structural investigation of some mono and multilayer thin films by X-ray scattering and X-ray diffraction methods
Yazar: URAL KAZAN
Danışman: PROF. DR. SEMRA İDE
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Katıhal fiziği araştırmalarında, ince film yapılar, elektrik, optik, manyetik, v.b. farklı fiziksel özelliklerinden dolayı teknolojik uygulamalarda dikkat çekici malzemelerdir. Veri depolama elemanlarından, yakıt hücreleri ve güneş enerji panellerinin yapımına kadar pek çok alanda kullanılan bu malzemeler, fiziksel ve kimyasal yöntemler ile hazırlanırlar. Hedeflenen özelliklere göre, tek ve çok katmanlı hazırlanan bu ince film yapıların, ayrıntılı karakterizasyonları yapılmadan teknolojik kazanımları mümkün olamamaktadır. Bu nedenle, XRPD (X-ışını toz kırınımı), qCM (Kuartz kristal görüntüleme), LEED (Düşük enerjili elektron kırınımı), RHEED (Yansımalı yüksek enerjili elektron kırınımı), SAXS (Küçük açı X-ışını saçılması), GISAXS (Yüzeye yakın X-ışını saçılması), AFM ( Atomik kuvvet mikroskobu), STM ( Taramalı tünelleme mikroskobu), SEM (Taramalı elektron mikroskobu), TEM (tünellemeli elektron mikroskobu) v.b. pek çok deneysel yöntem kullanılarak, fimlerin tabaka kalınlıkları, yüzey morfolojileri, içerdikleri farklı oluşumlar, oluşum dağılımları, tabakalar arası yüzey alan şekillenimleri, farklı sıcaklıklarda faz geçişlerinin takibi yapılarak, uzun erimli mesafelerde yapıların kararlı ve homojen olup olmadıklarının incelenmesi gerekmektedir.Bu tez kapsamında, ince film yapıların analizinde ülkemizde ilk kez, küçük ve geniş açı X-ışını saçılması (SAXS ve WAXS) yöntemleri birlikte kullanılmıştır. Bu analizlerde Gazi Üniversitesi, Anadolu Üniversitesi ve Hacettepe Üniversitesi'nde ince film konusunda uzman bilim insanları tarafından sentezlenen tek ve çok katmanlı ince filmler analiz edilmiştir. Böylece hazırlanan örneklerin ileri sevide yapılacak analizler için ve teknolojik kazanımlar için uygun olup olmadıkları belirlenmiştir. Hacettepe Üniversitesinde hazırlanan CK7 kodlu ince film yapıda her biri 2' şer katman içeren 24 düzgün tabaka belirlenmiştir. Bu tabaka kalınlıkları 33,3-34,6 Å aralığında çok az değişen değerlere sahiptir. Gazi Üniversitesinde hazırlanan, 8.Si-600 kodlu, silisyum üzerine Mn katkılanarak ZnO nano çubuk kaplamanın yapıldığı ve 600 °C de tavlandığı örnek çok ilgi çekici bulunmuştur. Bu örneğin, hem SAXS hem de WAXS analizlerinde zaman çözünürlü deneyler ile incelenebilecek, nano boyutta ve moleküler boyutta istenen kristalin özelliklere sahip olduğu belirlenmiştir.Anahtar Kelimeler: SAXS, WAXS ,İnce Filmler, Nano Oluşumlar

Abstract:
Thin film structures are remarkable matters in solid state physics and they can be widely used technological applications, because of their physical properties (such as electrical, optical, magnetic, etc.). These materials, which are used in many areas such as the data storage elements, fuel cells and solar panels have been prepared by several physical and chemical methods. According to targeted properties, these thin film structures can be prepared mono or multi layered forms. Therefore, the technological achievements of these materials are not possible without their detailed structural characterizations. Meanwhile, layer thickness, surface morphology, contained different aggregats, distribution of structural grains, surface area, interlayer shape must be examined by using many experimental methods (XRD (X-ray diffraction), QCM ( Quartz crystal monitor), LEED (Low energy electron diffraction) , RHEED (Reflection high energy electron diffraction), SAXS (Small angle X-ray scattering), GISAXS (Grazing-incidence small angle X-ray scattering), AFM (Atomic force microscope), STM (Scanning-Tunneling microscope), SEM (Scanning electron microscope), TEM (Tunneling electron microscope), etc.). Their phase transitions at different temperatures and structural stabilities should be also investigated by these methods.In this thesis, small and wide angle X-ray scattering (SAXS and WAXS) methods are simultaneously and firstly used for thin film analysis in Turkey. The studied mono and multi layered thin films have been prepared by scientists who are expertized about synthesis of thin films and from Gazi University, Anadolu University, Hacettepe University. Thus, whether the synthesized samples are convenient for advanced researches and technological achievements or not have been determined. CK7 coded thin film (prepared in Hacettepe University) has twenty-four layers with each thickness range of 33,3 - 34,6 Å. Mn doped ZnO nanofiber coating on silicon wafer and annealed at 600 °C (8.Si.600) has been found as noteworthy sample. Because this sample has a desired crystalline structures in nano and molecular dimensions. At the same time it has been obtained that they are also available for time resolved SAXS and WAXS analysis.Keywords: SAXS, WAXS, Thin Films, Nano aggregations, X-ray Analysis