Magnetron püskürtme sistemi ile kaplanan bor karbür ince filmlerinin yapısal özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bor karbür, bor bileşikleri içinde pazar hacmi yüksek olan önemli bir bor ürünü olarak yer almaktadır. Bor karbür ileri teknolojik malzemeler arasında özel bir yere sahiptir. Yüksek sertliği, düşük yoğunluğu, yüksek sıcaklıklara dayanıklılığı ve yüksek nötron yakalama kapasitesi özellikleriyle birçok askeri ve sivil alanlarda kullanım alanı bulmaktadır. Sert ve hafif olması sebebiyle zırhlı muharebe araç zırhlarının güçlendirilmesinde kullanılır. Askeri alanda kullanılan uçak ve helikopterlerin mekanik bölümleri ve bu alanlarda çalışan kişilerin korunmasına yönelik zırhlandırılmasında yaygın bir şekilde kullanım alanı bulmaktadır. Literatür incelendiğinde bor karbürün ince film formunda detaylı olarak çalışılmadığı görülmüştür. Bor karbür, püskürtme gibi atomik düzeyde kaplamanın uygulandığı ince film kaplama yöntemleriyle az çalışılmış malzemeler arasındadır. Bu tez çalışmasının amacı, kaplama parametrelerinin elde edilen bor karbür ince filmlerin yapısal, morfolojik ve optik özelliklerine olan etkilerini incelemektir. Bu tez çalışmasında, oda sıcaklığında, 250 C ve 450 C olmak üzere üç farklı alttaş sıcaklığında ve dört farklı kalınlık değerinde eş-püskürtme tekniği ile n-Si ve cam alttaşlar üzerine bor karbür ince filmler kaplandı. Tavlama sıcaklığının ince filmlerde oluşturduğu etkiyi gözlemlemek amacıyla üretilen ince filmler 1000 C tavlandı. Üretilen bor karbür ince filmlerin yapısal, morfolojik, optik özellikleri XRD, AFM, FTIR spektrometresi ve UV-Vis spektrometresi kullanılarak belirlendi. Bor karbür filmlerin amorf yapıya sahip olduğu gözlendi. Alttaş sıcaklığının artmasıyla birlikte ince filmlerin optik geçirgenliğinin %55 'lerden %80 'lere artmış olduğu görüldü. Oda sıcaklığında kaplanan 150 nm kalınlıklı film N-1, 250 C de kaplanan 75 nm kalınlıklı film N-2, 450 C kaplanan 100 nm kalınlık film N-3 ve 450 C kaplanan film 200 nm kalınlıklı film N-4 olarak adlandırıldı ve bu numunelerinin sırasıyla yasak bant enerji aralığı değerleri yaklaşık olarak 3,80 eV, 3,75 eV, 3,75 eV ve 3,65 eV bulundu.

Boron carbide is an important boron product with a high market volume among boron compounds. Boron carbide has a special place among high-tech materials. With its high hardness, low density, resistance to high temperatures and high neutron capture capacity, it finds use in many military and civilian areas. Because it is hard and light, it is used to strengthen the armor of armored combat vehicles. It is widely used in the armoring of the mechanical parts of aircraft and helicopters used in the military field and for the protection of people working in these fields. When the literature is examined, it has been seen that boron carbide has not been studied in thin film form in detail. Boron carbide is among the less studied materials with thin-film coating methods such as sputtering, where coating at atomic level is applied. The aim of this thesis is to examine the effects of coating parameters on the structural, morphological and optical properties of boron carbide thin films. In this thesis, boron carbide thin films were coated on n-Si and glass substrates by co-sputtering technique at room temperature, three different substrate temperatures, 250 C and 450 C, and four different thicknesses. In order to observe the effect of annealing temperature on thin films, the produced thin films were annealed at 1000 C. The structural, morphological and optical properties of the produced boron carbide thin films were determined using XRD, AFM, FTIR spectrometry and UV-Vis spectrometry, respectively. It was observed that boron carbide films have amorphous structure. It was observed that the optical transmittance of thin films increased from 55% to 80% with the increase in substrate temperature. The 150 nm thick film coated at room temperature was named N-1, the 75 nm thick film coated at 250 °C was named N-2, the 100 nm thick film coated at 450 °C was named N-3, and the 200 nm thick film coated at 450 °C was named N-4 and the band gap values these samples were found to be approximately 3.80 eV, 3.75 eV, 3.75 eV and 3.65 eV.