Growth and characterization of carbon nanotubes by thermal chemical vapor deposition method

Abstract

Bu tez çalışması, karbon nanotüplerin metan gazı termal kimyasal buharbiriktirme yöntemi ile, doğru akım mıknatıssal saçtırma tekniği ile silikon dioksitkaplanmış silikon alttaşlari üzerine kaplanan Kobalt, Demir ve Nikel çok ince katalizfilmlerinin üzerinde büyütülmesine odaklanmıştır. Bu çalışma, ayrıca karbonnanotüplerin büyümesini etkileyen bazı parametreleri, örneğin sıcaklığın etkisi,kataliz materyalinin ve kataliz ince filmin kalınlığının etkilerini anlamaya adanmıştır.Bu çalışmada karbon nanotüp büyümesi direkt olarak sadece silikon filmlerüzerinde denenmiştir; silikon üzerinde büyümenin çok zor olduğu ve çok yükseksıcaklıklar gerektiği gözlenmiştir. Bu nedenle silikondioksit/silikon alttaşı üzerinekataliz tabakaları kaplandı ve yüksek sıcaklıklarda büyüme gözlendi.Ayrıca, sıcaklığın etkisi araştırıldı. Büyüme sıcaklığı arttırıldığında, karbonnanotüplerin ortalama yarıçaplarının kritik bir sıcaklık değerine kadar azaldığıancak kritik bir değerden sonra arttığı gözlendi. Sıcaklığın etkisi, Fe ve Co katalizfilmleri ve Raman spektroskopisi ile yüzey taramalı mikroskop sonuçları kullanılaraksistematik olarak çalışıldı.Kataliz kalınlığının karbon nanotüp büyümesi üzerindeki etkisi de incelendi.Bu amaç için, farklı kalınlıklardaki, 0.7 nm, 1.4 nm ve 6 nm, Nikel ince filmlerkullanıldı. Elde edilen sonuçlardan, karbon nanotüplerin 0.7 nm ve 1.4 nmkalınlıklardaki filmler üzerinde, 6 nm kalınlıktakine kıyasla daha iyi büyüdüğügözlendi. Ayrıca, 0.7 ve 1.4 nm kalınlıktaki Nikel filmlerin yüzeylerinin pürüzlülüğüölçüldü. Bazı karbon nanotüpler X-ışını kırınımıyla da incelenip, elde edilen sonuçlardiğer sonuçlarla kıyaslandı.

This thesis work is focused on producing carbon nanotubes (CNTs) bymethane gas thermal chemical vapor deposition method on very thin Cobalt, Iron,and Nickel catalyst thin films deposited onto SiO2/Si substrates by DC magnetronsputtering. This thesis is also devoted to understanding some parameters affecting thegrowth of CNTs; such as catalyst material, temperature, and catalyst layer thicknesseffects.In this study, CNT growth was performed on directly Si substrates, which wasobserved that the growth was too difficult and requiring very high temperatures.Hence, very thin catalyst films were deposited on SiO2/Si substrates, and the CNTgrowth was observed.The temperature effect was also examined. When the growth temperature wasincreased, the average diameters of the CNTs were decreased up to a criticaltemperature, but after this point the average diameter of CNTs were increased. Thiseffect was studied systematically by utilizing Fe and Co catalyst thin films and withthe help of Raman spectroscopy and Scanning Electron Microscopy results.Catalyst thickness effect was also examined. For this aim, Ni catalyst thin filmswith three different thicknesses; 0.7 nm, 1.4 nm, and 6 nm, were utilized. It wasobserved that CNTs were grown well on 0.7 and 1.4 nm thick Ni films, while therewas a little growth on 6 nm thick Ni film. The roughness analysis of 0.7 nm and 1.4nm thick Ni films were also done. Some of as-grown CNTs were also examined by Xraydiffraction method, and the results were compared one another.