Filament emisyon uygulamalarına yönelik bor içerikli kaplamaların geliştirilmesi
Development of boron-containing coatings for filament emission applications
Yazar: HASAN MERT ATİLA
Danışman: PROF. DR. BAHADIR TUNABOYLU ; DR. ÖĞR. ÜYESİ YALÇIN BOZTOPRAK
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Bor = Boron ; Elektron emisyonu = Electron emission ; Filament = Filament ; Kaplama = Coating ; Termiyonik = Thermionic

Özet:
Mevcut birçok hekzaborür arasında lantan hekzaborür (LaB6), 2.4 eV ila 2.9 eV arasındaki düşük iş fonksiyonu, düşük direnci, yüksek erime sıcaklığı, yüksek kimyasal stabilitesi ve düşük buharlaşma sıcaklığı gibi özellikleri sayesinde endüstriyel uygulamalar için umut vaad etmektedir. LaB6 ve CeB6 sahip oldukları düşük iş fonksiyonu, yüksek akım ve gerilim kapasitesi ve düşük buhar basıncı özellikleri sayesinde geçirimli elektron mikroskobu (TEM), taramalı elektron mikroskobu (SEM) gibi elektron mikroskoplarında yüksek parlaklık ve uzun ömür sunan termiyonik elekton kaynağı olarak tercih edilmektedir. LaB6 elektrik alan yayıcıları aynı zamanda düz panel ekranlar, RF ve mikrodalga (MW) elektron tüplerinde, vakum elektroniği için mikron boyutlu elektron yayıcılarda da kullanılmaktadr.
Bu tez çalışmasında, elektron mikroskoplarında elektron kaynağı olarak kullanılan LaB6 katotların magnetron sıçratma (MS) sistemi kullanılarak yüksek kaliteli ve düşük maliyetle ince film filament olarak üretilmesi hedeflenmektedir. Bu amaçla, öncelikle LaB6 kaplı filamentlerin üretilebilmesi için yapılacak olan kaplama deneylerinin tasarımı yapılarak Marmara Üniversitesin'de bulunan magnetron sıçratma sistemleri kullanılacaktır. Hedef malzeme olarak LaB6 kullanılacak olup alttaş olarak kullanılacak tungsten, molibden, tantal tellerin magnetron sıçratma sistemi kullanılarak kaplanması ve özelliklerinin analiz edilip geliştirilmesi üzerine çalışmalar yapılacaktır. Alttaşlar öncelikle ara katman kullanılmadan belirlenen deney parametreleri ile doğrudan olarak hedef malzemeyle kaplanacak olup alttaşlardaki yapışmanın yeterli olmadığı durumda ise alttaş üzerlerine ince karbon (C) veya ara katmanı eklenerek çalışmalar yapılacaktır. Elde edilen filmlerin kırılgan olması, kompozisyonlarının düzgün olmaması ve ölçülen değerlerin hedeflenen referans değerlerinden farklı olması halinde ise hedef kompozisyonu, magnetron sıçratma sistem parametrelerinin değiştirilerek istenilen kompozisyonda kaliteli filamentlerin üretilmesi amacıyla çalışmalar yapılacaktır.
Çalışmalar sonucunda elde edilen LaB6 filamentlerin Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), X-Işını Kırınımı (XRD), X-Işını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) analizleri ve bant testi ölçümleri yapılacak olup çalışma parametreleri ve elektron emisyon değerleri belirlenerek karakterizasyon işlemleri tamamlanacaktır.

Abstract:
Among many hexaborides, lanthanum hexaboride (LaB6), due to its low working function, low resistance, high melting temperature, high chemical stability, and the low evaporation temperature is promising for industrial applications. Thanks to their low operating function, high current and voltage capacity, and low vapor pressure properties, LaB6 and CeB6 are preferred as a thermionic electrode source that offers high brightness and long life in electron microscopes. Also, possible applications of LaB6 field emitters include flat-panel displays and micron-sized electron emitters for vacuum electronics.
In this thesis, high quality and cost-effective production of LaB6 filaments, which are used as an electron source in electron microscopes are aimed to produce by magnetron sputtering (MS). For this purpose, the design of coating experiments will be done primarily for the production of LaB6 filaments which will be produced by using the magnetron sputtering system (MS) in Marmara University. Tungsten, molybdenum, and tantalum wires will be coated magnetron sputtering system by using LaB6 commercial target. Firstly, the substrates will be coated with target materials without using intermediate layers and if there is not enough adhesion on substrates, thin carbon (C) interlayer will be formed. If the films obtained are fragile, their composition is not smooth and the obtained values are different from the reference values, studies will be performed to produce high-quality films in the desired composition by changing the target composition, magnetron sputtering system parameters.
LaB6 films obtained as a result of studies will be characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), X-Ray Diffraction (XRD), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) analysis, and tape-test measurements. In addition, by determining the working parameters and work function, characterization procedures will be completed.