Kimyasal buhardan çöktürme sistem parametrelerinin 2B-Mo2C büyümesine etkisi: düşük ve atmosferik basınçlı sistemlerin karşılaştırmalı analizi / Zehra Zişan Güler; thesis advisor Göknur Büke.

Tez (Yüksek Lisans)--TOBB ETÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Aralık 2025

Bu çalışmada, iki boyutlu molibden karbür (Mo2C) kristallerinin düşük basınçlı kimyasal buhardan çöktürme (DBKBÇ) sistemi kullanılarak sentezi sistematik biçimde araştırılmış, aynı zamanda atmosferik basınçlı sistem (ABKBÇ) ile doğrudan karşılaştırmalı bir çalışma yürütülmüştür. Literatürde Mo2C büyütmeleri çoğunlukla atmosferik basınç koşullarında gerçekleştirilmiş olup, düşük basınçlı sistemlerde başarılı 2B Mo2C sentezi sınırlıdır. Bu nedenle, bu çalışma düşük basınç koşullarında yüksek kaliteli Mo2C kristalleri elde edilmesini göstererek önemli bir özgün katkı sunmaktadır. Öncelikle, kuvars bileşenlerinden kaynaklanan SiO2 kontaminasyonu tespit edilerek, yeni numune geometrisiyle bu etki ortadan kaldırılmıştır. Farklı Cu kalınlıklarında (10–250 µm) yapılan büyütmelerde, literatüre paralel şekilde, Cu kalınlığının artışıyla Mo2C kristal kalınlığının azaldığı ve morfolojinin belirgin biçimde iyileştiği gözlenmiştir. Süreç karşılaştırmalarında, DBKBÇ sisteminde PR2 rotasının yüksek kristal kalitesi, düşük kontaminasyon ve homojen morfoloji açısından en uygun koşulu sağladığı belirlenmiştir. 15 dakikalık grafen ön-büyütme ve 32 dakikalık Mo2C büyütme süresi, düzenli altıgen morfolojili, ince ve yüzeyde eşit dağılmış kristallerin oluşumunu sağlamıştır. Sonuç olarak, bu çalışma düşük basınçlı sistemlerde 2B Mo2C büyümesi için referans niteliğinde bir parametre haritası oluşturmuş ve atmosferik sistemle yapılan doğrudan karşılaştırmalarla literatürde ilk kez kapsamlı bir referans ortaya koymuştur.

In this study, the synthesis of two-dimensional molybdenum carbide (Mo2C) crystals was systematically investigated using a low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD) system, while a direct comparative study was also conducted with an atmospheric-pressure CVD (APCVD) system. In the literature, Mo2C growth has been predominantly carried out under atmospheric-pressure conditions, and successful synthesis of 2D Mo2C under low-pressure conditions has been very limited. Therefore, this study provides a significant original contribution by demonstrating the successful growth of high-quality Mo2C crystals under low-pressure conditions. First, SiO2 contamination originating from quartz components was identified and eliminated through a redesigned sample geometry. In the growth experiments performed with different Cu foil thicknesses (10–250 µm), it was observed, consistent with the literature, that increasing Cu thickness led to a reduction in Mo2C crystal thickness and a noticeable improvement in morphology. Process comparisons revealed that the PR2 route in the LPCVD system provided the most favorable conditions in terms of crystal quality, low contamination, and homogeneous morphology. A 15-minute graphene pre-growth followed by a 32-minute Mo2C growth yielded uniformly distributed, thin, hexagonally shaped crystals with high structural regularity. In conclusion, this study established a reference parameter map for 2D Mo2C growth in low-pressure systems and, through direct comparison with the atmospheric-pressure system, presented the first comprehensive benchmark in the literature for such growth.