Bor Nitrür (BN) ince film ara katmanlar üzerine üretilen yüksek performanslı elektronik uygulamaların geliştirilmesi ve özelliklerinin incelenmesi
Investigation and development of BN interlayer thin film for application in high-performance electronics
Yazar: REZA MOHAMMADIGHAREHBAGH
Danışman: PROF. DR. SUAT PAT
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Yüksek Enerji ve Plazma Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Elektrokimyasal özellikler = Electrochemical properties ; Fiziksel optik = Physical measurements ; Karakteristik özellikler = Characteristic properties ; Yarı iletken ince filmler = Semiconductor thin films ; İnce filmler = Thin films

Özet:
Bor, karbon ailesinin kardeşi olarak bilinir. Bu yüzden araştırmacılar tarafından beyaz karbon olarak adlandırılmıştır. Dünyanın 70% bor rezervlerinin Türkiyede bulunduğu açıktır. Ancak uygulama alanı olarak bu malzeme daha çok dezenfekte alanında kullanılmaktadır. Bu malzeme benzersiz özelliklere sahiptir ve dünya her geçen güne göre daha farklı alanlarda kullanımı rapor edilir. Bu yüzden bu tez çalışmasında BN bir ince film olarak iletken İTO ve FTO kaplı cam üzerine kaplanmıştır. Daha sonra ise katkısız, ZnO ve SnO2 katkılı titanyum dioksit (TiO2) ince filmleri BN katmanlar üzerine üretilmiştir. Bu araştırmada toplam 6 örnek seçilmiştir. Bu araştırma asıl hedef ise BN ara katmanların katkısız ve katkılı TiO2 ince film üzerindeki elektrkromik performansını değerlendirmektir. Bu nedenle iki farklı özelliklere sahip İTO ve FTO alttaş olarak seçilmiştir. BN, katkısız ve katkılı TiO2 filmleri termiyonik vakum ark (TVA) tekniği ile kaplanmıştır.
Üretilen tüm ince filmlerin yapısal, optiksel ve yüzeysel özellikleri sırasıyla fourier transform kızılötesi spektrometre (FTİR), ultraviyole-görünür (UV-Vis) spektrofotometre, Filmetriks ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ölçüm cihazları ile gerçekleşmiştir. Daha sonra BN ara katmanların, katkısız ve katkılı TiO2 ince film üzerindeki etki geçirgenlik (T%), soğurma (A), Urbach enerjisi (Eu), optiksel yasak enerji aralığı (Eg), kalınlık, pürüzlülük, yansıma (R) ve kırılma indisi (n) gibi önemli parametreleri elde ederek incelenmiştir. Yapısal ölçümler sonucunda TiO2 ve BN fazları tespit edilmiştir. Hazırlanan yapıların tersinirlik, renklenme verimliliği, fototopik kontrast oranı ve geçirgenlik farkı gibi elektrokromik özellikleri hesaplandıktan sonra karşılaştırılmıştır. Tüm elektrokromik analizlerde üç elektrot düzeneği ve iki farklı molariteye (0,1 ve 1M) sahip sıvı elektrolit (LiClO4-PC) kullanılmıştır.
Son olarak üretilen katkısız ve katkılı TiO2/BN ince filmlerin elektrokromik (EK) performansı literatürde mevcut araştırmalar ile karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak üretilen yapıların elektrokimyasal, yüzeysel, ve optiksel ölçümlerden elde edilen ve hesaplanan parametrelerin kullanılan katkı malzemesi, elektrolit molaritesi ve seçilen alttaşın özelliklerine bağlı olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
Boron is known as the carbon family sibling. For this reason, it was well-known as white carbon by researchers. The world's 70% boron reserves are located in Turkey. However, as an application area, this material is mostly used in the disinfection area. The material has unique properties and utilization in different areas is reported to the world each passing day. Therefore, in this thesis, BN was coated as a thin film on the conductive ITO and FTO coated glasses. Then, undoped, ZnO and SnO2-doped titanium dioxide (TiO2) thin films were coated on the BN layers. A total of 6 samples were selected for these structures. The main goal of this research is to investigation and evaluation of the electrochromic performance of BN interlayers upon the undoped and doped TiO2 thin films. For this reason, ITO and FTO with different properties were selected as a substrate. BN, undoped and doped TiO2 films are coated with thermionic vacuum arc (TVA) technique.
Structural, optical and surface properties of the all prepared thin films were studied via fourier transform infrared spectrometer (FTIR), ultraviolet-visible (UV-Vis) spectrophotometer, Filmetrics and atomic force microscope (AFM) measurement devices, respectively. Then, the impact of transmittance (T%), absorption (A), Urbach energy (Eu), optical band gap (Eg), thickness, roughness, reflection (R), and refractive index (n) of the BN interlayers on the undoped and doped TiO2 thin film was investigated. As a result of the structural measurements, TiO2 and BN phases were revealed. The electrochromic properties such as reversibility, coloration efficiency, phototopic contrast ratio and transmittance difference of the prepared structures were calculated and afterward compared. Three electrode configuration and liquid electrolyte (LiClO4-PC) with two different molarities (0.1 and 1M) were used in all electrochromic analyzes. 
Finally, the electrochromic (EC) performance of the prepared undoped and doped TiO2/BN thin films was compared with the studies available in the literature. As a result, it was determined that the parameters obtained and calculated from electrochemical, surface, and optical measurements of the prepared structures depend on the dopant material, electrolyte molarity as well as the substrate properties.