InN nano parçacıkların gerçek zamanlı büyütülme kinetiği

Abstract

Bu tez çalışmasında, büyütme ile eş zamanlı olarak gerçekleştirilen senkrotron tabanlı x-ışını saçılması ve laboratuvar tabanlı x-ışınımı kırınımı ile III-nitrürlerden oluşan ince filmlerin ve nano yapıların atomik yapı ve yüzey morfolojisi incelenmiştir. Brookhave Ulusal Laboratuvar'ında sinkrotron sistemi kullanılarak gerçek zamanlı x-ışını teknikleri ile nano parçacık oluşum süreci ve adsorpsiyon kinetiği incelenmiştir. Sinkrotron ışınımının yüksek parlaklığı sayesinde, x-ışını ölçümleri ile elektron tabanlı görüntüleme yöntemlerinde karşılaşılan zorlukların üstesinden gelinmesi sağlanmıştır. Bu sayede senkrotron tabanlı yüzey duyarlı görüntüleme tekniği ile yüzey hareketleri büyütme süresi boyunca gerçek zamanlı olarak incelenmiştir. Böylece yüzey anatomisi, film ve nano parçacık oluşumu, büyüme modları gibi konularda yeterli bilgi alınabilmiştir.Heteroepitaksiyel büyütme işleminin ilk basamaklarında örgü parametresi uyuşmazlığından dolayı oluşan stres, bu alanda gerçekleştirilen incelemeler ve araştırmalar için büyük bir önem teşkil etmektedir. Ancak heteroepitaksiyel büyütme işlemleri rastgele bir kinetik ve yüzey difüzyonu içerdiğinden, yüzey morfolojisindeki değişimler stresin katkısı ve beraberinde etki eden birçok koşuldan dolayı karmaşık bir yapı sergiler. Bu yüzden çalışmamda MBE sistemi ile yüzeye gönderilen In damlacıklarının adsorpsiyon sürecinin, alttaş sıcaklığına ve kullanılan Al2O3 ve GaN alttaşların kristal yapısına bağlı değişimi incelenmiştir.Son olarak, GISAXS metodu ile elde edilen desenlerden yeterli büyüklüklere ulaştığı belirlenen In damlacıkları, azot plazma kullanılarak InN nano paçacıklara dönüştürülmüştür. Stransky ? Krastanov büyüme modeline göre kendiliğinden meydana gelen InN nano parçacıkların oluşum sebebinin temelinde heteroepitaksiyel büyütmeden kaynaklanan stres bulunmaktadır. Bu yüzden InN yapılar ile aralarında farklı örgü parametresi uyuşmazlığı bulunan safir ve GaN alttaşlar üzerine büyütülerek stres rahatlaması ve nano parçacıkların oluşumları büyütme süresi boyunca geçek zamanlı olarak incelenmiştir.

In this thesis, the atomic structures and surface morphologies of thin films and nano structures consisting of III-nitrides have been investigated by using synchrotron based X-ray scattering and lab-based X-ray diffraction methods simultaneously during the growth process. Using the synchrotron facility at the Brookhaven National Laboratory, we have studied the nanodot formation process and adsorption kinetics with real time x-ray techniques. By means of high brightness of synchrotron light, the difficulties came up in the x-ray measurments and electron based imaging methods have been eliminated. Thus, the surface movements have been examined in the real time during the growth using the synchrotron based surface sensitive imaging technique. In this manner, enough information could be gained about surface morphologies, film and nano dot formation and growth modes.In the first steps of, the stress resulting from the lattice mismatch has a great of importance for the researches in this field. Since the heteroepitaxial growth processes are made up of a random kinetic and surface diffusion, the alterations in the surface morphology presents a complex structure due to the contributions of stress and other factors accompanying it. For this reason, the changings in the adsorption processes of In droplets incoming from the MBE system to the surfaces have been studied depending on the substrate temperature, the crystal structures of GaN and Sapphire that were used as substrates.Finally, after determining that In droplets are attained to the enough size through the pattern taken from GISAXS method, In nano droplets have been transformed into the InN nano particles in the existence of Nitrogen plasm. According to the Stransky-Krastanov growth method, the underlying reason for the spontaneously formation of InN nano particles is the stress due to the heteroepitaxial growth. Therefore, InN nano structures have been grown on the GaN and sapphire substrates both of which have lattice mismatch with the nano structures, while investigating the stress relaxation in the real time during the growth process.