Deposition of boron carbide by plasma enhanced chemical vapor deposition technique

Abstract

öz BOR KARBÜRÜN PLAZMA YARDIMI İLE BUHAR BİRİKTİRME YÖNTEMİYLE OLUŞTURULMASI Eroğlu, Özgür Doğa Yüksek Lisans, Kimya Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Prof. Dr. H. Önder Özbelge Ortak Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Güngör Gündüz Temmuz 2000, 77 Sayfa Bu araştırmada, kuvartz camı ve alümyum oksit seramiği yüzeyleri üzerine bor karbür (B4C) ince tabakası, plazma yardımı ile kimyasal buhar biriktirme (PYKBB) yöntemiyle kaplanmıştır. B4C sentezi, 27.12 MHz de ve atmosferik basınçta oluşturulan argon plazması ortamında bor triklorür, hidrojen ve metan gazlarının tepkimeleri sonucu gerçekleşmiştir. Deneyler, 300, 400, 450, 700 ve 750 Watt RF güç değerlerinde yapılmıştır. Deneylerin süresi 15, 60, 120 ve 240 dakikadır. Kuvartz camı ve alümyum oksit yüzeylerinde biriktirilmiş bor karbürün (3- rombohedral kristal yapısında olduğu X-ışını kırınımı (XRD) ile gösterilmiştir. Kaplanan bor karbürün rengi gridir. Kuvartz camı ve alümyum oksit yüzeylerine kaplanan ince tabakanın morfolojisi ve mikroyapısı taramalı elektronmikroskobu (SEM) ile analiz edilmiştir. Düşük kaplama sürelerinde ve RF güçlerinde, ilginç fraktal şekillerin oluştuğu gözlemlenmiştir. Şekillerin oluşumu hücresel otomaton yöntemiyle modellenmiştir. Kaplama süresi arttıkça tanecikli yapıların oluştuğu görülmüştür. Malzemenin yüzeyi tanecikli yapıyla tamamen ve düzgün olarak kaplanmıştır. Yüksek RF güçlerinde, fraktal şekillerin oluşması yerine, daha düzgün ve yuvarlak şekillerin oluştuğu görülmüştür. Anahtar Sözcükler: Bor karbür, plazma, buhar biriktirme yöntemi, hücresel otomaton vı

ABSTRACT DEPOSITION OF BORON CARBIDE BY PLASMA ENHANCED CHEMICAL VAPOR DEPOSITION TECHNIQUE Eroğlu, Özgür Doğa M.S., Department of Chemical Engineering Supervisor: Prof. Dr. H. Önder Özbelge Co-Supervisor: Prof. Dr. Güngör Gündüz July 2000, 77 pages In this research, boron carbide (B4C) was deposited on quartz glass and alumina substrates by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) technique. B4C was synthesized from the reaction of boron trichloride, hydrogen, and methane in an argon plasma generated by inductive coupling (ICP) at atmospheric pressure and 27.12 MHz. The experiments were conducted at RF power of 300, 400, 450, 700 and 750 W. The exposure time was 15, 60, 120, and 240 minutes respectively. X-ray diffraction studies of boron carbide thin films deposited on quartz glass and alumina substrates showed that the solid phase deposited was in the P- rhombohedral form. 111The color of the B4C coating was gray. The microstructure and the morphology of deposited film on the quartz glass and alumina substrates were analyzed by scanning electron microscope (SEM). Interesting fractal pattern formations were observed at low exposure times and RF powers. These patterns were modeled by cellular automata. Grainy structures were observed at extended exposure. The grains exhibited stiff and homogenous packing on the surface of the substrates. At high RF powers, compact and rigid morphology was observed instead of fractal pattern formation Keywords: Boron carbide, plasma, chemical vapor deposition, cellular automata IV