Silisyum ve germanyumnanoçubukların elektron demeti biriktirme sistemi ile büyütülmesi ve karakterizasyonu

Abstract

Bu tez çalışmasında Silisyum ve Germanyum nanoçubukların elektron demeti buharlaştırma sistemi (EDB) ile büyütülmesi çalışmaları yapılmıştır. Nanoçubuklar altın katalizör kullanılarak VLS (Buhar-Sıvı-Katı) tekniği ile büyütülmüştür. Büyütülen nanoçubukların fiziksel yapıları SEM (taramalı elektron Mikroskobu), elemental yapıları EDS (Enerji dağılım Spektroskopisi) ile incelenmiş ve istatistiksel çalışmalar IMAGEJ görüntü işleme programı ile yapılmıştır. İlk olarak <111> yönelimli silisyum altlıklar üzerine yüzeydeki oksit tabaka kaldırıldıktan sonra <111> doğrultusunda uzanan Si nanoçubukları büyütülmüştür. Yüzey temizliği çok önemlidir, alttaş yüzeyi oksit tabakasından arındırılmadığında nanoçubuklar büyümediği gözlemlenmiştir. Daha sonra <111> yönelimli altlıklar üzerine 675ºC, 700 ºC ve 725ºC büyütme sıcaklığında silisyum ince film büyütülmüş ve 700 ºC'nin maksimum sıklıkta homojen olarak dağılmış nanoçubukların büyütülmesi için uygun sıcaklığın olduğu tespit edilmiştir. 700 ºC'de 0,6-0,8-1,0-1,2 ve 1,4 Å/s biriktirme hızları ile de nanoçubuklar büyütülmüş ve yüzey difüzyonuna bağlı olarak nanaoçubukların morfolojileri ve büyüme kinetikleri incelenmiştir. Biriktirme hızı 1.2 Ă/s ile boyları 1μm'yi bulan nanoçubukların yan yüzeylerinde nanoçubuk boylarının Si atomlarının difüzyon hızında olmasından ve Si atomlarının yan yüzeylere doğrudan tutunamadığından dolayı tırtıklar oluşrmuştur. Düşük biriktirme hızlarında (0.6-1.0 Ă/s) ise yüzeyden yayılan Si atomlarının katkısının dafa fazla olmasından dolayı düz ve daha kısa nanoçubuklar büyütülmüştür. Si nanoçubukların büyüme rejimlerini incelemek üzere farklı büyütme sürelerinde büyütülen nanoçubukların morfolojileri ve büyüme kinetikleri incelenmiştir. Biriktirme hızı 0,6 Å/s ve 1,4 Å/s ile 90 ve 240 dakika süresinde nanoçubuklar büyütülmüş ve düşük biriktirme oranlarında ince naoçubuklar yüksek biriktirme oranlarında ise kalın nanoçubuklar daha hızlı büyümüştür. Daha sonra 600 ºC, 650 ºC ve 700 ºC de Ge nanoçubuklar <111> yönelimli silisyum altlık üzerinde büyütülmüştür. Si nanoçubuklardan farklı olarak Ge nanoçubuklar <111> yönelimli altlıklar üzerinde rastgele yönelimli büyümüştür. 650 ºC büyütme sıcalığında ortalama boyları en uzun ve en fazla sıklıkta Ge nanoçubuklar büyütülmüştür.In this thesis, silicon and germanium nanorods were grown by electron beam evaporation method using Au catalysts assisted VLS (vapor-liquid-solid) technique We examined the morphology and size of nanorods with SEM. Statistical study was performed with the image processing program IMAGEJ. First of all, Si nanorods along <111> direction were grown on Si <111> substrate after removing oxide layer from the substrate surface. It is found that surface cleaning was extremely important for the deposition of nanorods since nanrods did not from on the substares with a thin layer of SiO2 on them. We have investigated the grown at different growth temperatures of 675 ºC, 700 ºC and 725ºC, and we have found that 700 ºC is the most suitable growth temprature to obtain highly frequent and uniformly distributed nanorods. We have also grown nanorods with 0,6-0,8-1,0-1,2 and 1,4 Å/s deposition rates at 700 ºC substrate temprature and the roles of deposition rate and corresponding surface diffusion on the Si NW growth kinetics were examined. The surface morphology is composed of long whiskers (~1μm) tapered with faceted sidewalls in the high deposition rate regimes (above 1.2 Ă/s) due to their length which is comparable with the adatom diffusion and the direct adsorption of Si atoms on the sidewalls. The characteristic morphology was composed of shorter straight rods in the low deposition rate regimes (0.6-1 Ă/s) because of the higher contribution of Si adatoms diffusing from the substrate to the NW growth. Growth regime of nanorods was examined by varying the growth time. We investigated the morophology and growth kinetics of nanorods after evaporating Si with the rates of 0,6 and 1,4 Å/s for 90min and 240min and at low deposition rates thin nanorods growth faster then thicker nanorods but incresing the deposition rate causes that thicker nanorods grow faster then thinner nanorods. Finally, Ge nanorods were grown on <111> substrate at differnt growth tempratures of 600 ºC, 650 ºC and 700 ºC. Unlike the Si nanorods, Ge nanorods formed on Si substrate in random oriantaions. Highest average length and frequency was observed for Ge nanorods grown at a temperature of 650 ºC.