Growth and electrical characterization of high purity carbon nanotubes

Abstract

Bu tez çalışması, yüksek saflıkta dikey karbon nanotüplerin etilen gazı termal kimyasal buhar biriktirme tekniği ile doğru akım mıknatıssal saçtırma yöntemiyle silikon dioksit üzerine alüminyum oksit kaplanmış silikon alt taşları üzerine kaplanan Kobalt ve Demir ince kataliz filmlerin üzerinde büyütülmesine odaklanmıştır. Bu çalışmada dikey karbon nanotüpleri büyütmek için etkili parametreler değiştirilmiştir. Böylece, dikey nanotüpler oluşturulmuş ve uygun parametrelere karar verilmiştir.Ayrıca, tampon tabakasının etkisi üç farklı oranda karbon gazı için araştırılmıştır. SiO2 ve Al2O3 silikon ve metal kataliz ince film arasında tampon tabakası olarak kullanılmışlardır. İki farklı örnek karşılaştırılmıştır. Bir çeşit örnek sadece Al2O3 tampon tabakası içerirken, diğer çeşit SiO2 ve Al2O3 tabakalarına sahiptir. Sonuç olarak iki oksit tabakasını içeren örnek çeşidinin karbon nanotüplerin yüzeydeki yoğunlukları için daha iyi olduğu anlaşılmıştır.Kataliz maddenin çeşidinin karbon nanotüpler üzerindeki etkisi de üç farklı sıcaklık için incelendi. Bu amaç için, Demir ve Kobalt ince filmlerin performansları karşılaştırıldı. Sonuçlara göre, Demir parçacıklar etilen gazı ile Kobalt parçacıklarına göre daha aktiftir ayrıca, karbon nanotüplerin yüzey yoğunlukları Demir kataliz kullanılarak arttırılmıştır.Hidrojen önişlem etkisi de diğer bir önemli parametre olarak uygulandı.0, 5, 10, 15, 20, 25, 30 dakika olarak yedi farklı zaman değeri denenmiştir. Kataliz parçacıkların yoğunlukları ve yarıçapları bu farklı zaman uygulamaları için karşılaştırıldı.Son olarak, karbon nanotüplerin elektriksel karakterizasyonu yapılmıştır. İki nokta kontak modeli kullanılarak tüplerin dirençleri ölçülmüştür. Ek olarak, karbon nanotüplerin nem ile olan ilişkisi de incelenmiştir.

This thesis work is focused on growing high purity vertically aligned Carbon nanotubes by ethylene gas thermal chemical vapor deposition method on very thin Cobalt and Iron catalyst thin films deposited on to Si/SiO2/Al2O3 substrates by DC magnetron sputtering. In this study, the effective parameters were changed to grow aligned CNTs. Hence, the vertically aligned CNTs were performed and also the ideal parameters were determined for this kind of growth mechanism.The effect of support layer was examined for three different hydrocarbon gas ratios. SiO2 and Al2O3 were used as support layers between metal catalyst thin films and Si substrate. Two kinds of samples were compared; one of them had only Al2O3 and the other one includes both Al2O3 and SiO2 layers. As a result, the sample that had both oxide layers gave better results for density of CNTs on the surface of samples.Moreover, types of catalyst material effect also were examined on growth of CNTs for three different temperatures. For this aim, the performance of Fe and Co catalyst thin films was compared. According to our results, Fe was more reactive with ethylene gas than Co catalysts and also, the density of CNTs was increased by using Fe as a catalyst material.Hydrogen pretreatment time was performed for another significant effect. Seven different time parameter which were 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30 minutes, were examined. The density and diameters of catalysts particles were compared for these different treatment times.Finally, the electrical characterization of CNTs was performed. The resistance of CNTs was measured by using two point contact technique. Moreover, the interaction between resistance of CNTs and humidity was examined.