Silicon nanowire-based complex structures: A large-scale atomistic electronic structure and ballistic transport
Si̇li̇syum nanotel tabanlı karmaşık yapılar: Büyük ölçekli̇ atomi̇k elektroni̇k yapı ve bali̇sti̇k taşınım
- Tez No: 373011
- Danışmanlar: DOÇ. DR. CEYHUN BULUTAY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 139
Özet
Silisyum nanoteller ve bu nanotelleri temel alarak geliştirilen daha karmaşık yapılar, yeni kuşak nano-aygıtlarda esas yapıtaşları olarak kullanılmaya başlanmıştır. Ancak uygulamadaki ilerleyişinin hızına karşılık, nanotel temelli karmaşık yapıların kuramsal fiziği pek de incelenmemiştir. Oysaki bilhassa elektriksel ve taşınım özelliklerinin kavranması hem kuramsal bağlamda kuantum etkilerin küçük boyutlardaki tipik davranışlarına ışık tutacak hem de uygulama alanında ileride yapılacak yeni aygıtların olası davranışları ve sınırları için öngörü oluşturabilecektir. Buradan hareketle, çalışmamızda tekil nanotellerden başlayarak; nanotel kavşakları, tel ağları ve dirsekli teller aşamalı olarak irdelenmiştir. öncelikle adı geçen büyük ölçekli nano-sistemlerin elektronik yapıları ve bu kapsamda bant aralıkları ile bant kenarı hizalanmaları, atomik görünürpotansiyel temelli yığın bantların doğrusal birleştirimi yöntemi ile çıkarılmıştır. İncelenen malzemelerin boyutu küçülürken, iletim bant kenarı değeri, değerlik bant kenarına göre daha fazla değişmektedir. Elde edilen sonuçlar ışığında, ikili ve üçlü kavşaklar için farklı çap değerlerine göre enerji aralığı ve bant hizalanmalarının öngörülmesini sağlayacak genel bir uyum fonksiyonu ortaya konulmuştur. Devamında, nanoyapıların dalga fonksiyonlarının kareleri üzerinden yük yoğunlukları ve yük yoğunluklarının karmaşık nanotel yapılardaki yerelleşmeleri incelenmiştir. Genellikle düşük enerjili iletim durumları kavşak ve dirsek bölgelerinde yerelleşirken, değerlik durumları nanoyapının geneline yayılma özelliği göstermektedir. Bu gözlem, bant aralığının daha ziyade iletim kenarının kaymasıyla oluştuğu sonucuyla birleştirildiğinde nanotel ağları için bulduğumuz sonuçların aynı çaplı dallanmış nanokristal ve nanoteller için de geçerli olduğu gözlemlenmiştir. Yük yerelleşmelerinin fiziksel etkilerini daha fazla kavrayabilmek için elektriksel iletim hesaplamaları yapılmıştır. İletim bant kenarı, yerelleşmiş enerji durumları ile malzeme boyunca iletime açık olan yayılmış durumları birbirinden ayırmaktadır. Yerelleşmiş enerji durumları, kesişen ve dirsekli nanotellerin enerji bant aralığını belirlediği halde iletim daha yüksek enerji değerlerinde başlamaktadır. Bulgularımız kuantum sınırlama etkisinin karmaşık nanotel temelli yapılarda oynadığı önemli rolü ortaya koymuş ve ayrıca bu malzemelerin uygulamaları için faydalı öngörüler sağlamıştır.
Özet (Çeviri)
While the hierarchical assembling as well as the dramatic miniaturization of Si nanowires (NWs) are on-going, an understanding of the underlying physics is of great importance to enable custom design of nanostructures tailored to specific functionalities. This work presents a large-scale atomistic insight into the electronic properties of NW-based complex structures, starting from the subsystem level up to the full assembly, within the framework of pseudopotential-based linear combination of bulk bands method. Laying the groundwork by grasping single Si NWs, we get into a large extent an unexplored territory of NW networks and kinked NWs. As one end product, a versatile estimator is introduced for the band gap and band-edge lineups of multiply-crossing Si NWs that is valid for various diameters, number of crossings, and NW alignments. Aiming for an exploration of the low-lying energy landscape, real space wave function analysis is undertaken for tens of states around band edges which reveal underlying features for a variety of crossings. Predominantly, the valence states spread throughout the network, in contrast the conduction minima are largely localized at the crossings. Given the fact that substantial portion of the band edge shift drives from the confined conduction states, branched Si NWs and nanocrystals have quite close band gap values as the networks of similar wire diameters. Further support to wave function analysis is provided via quantum ballistic transport calculations employing the Kubo-Greenwood formalism. The intriguing localization behaviors are identified, springing mainly at the crossings and kinks of NWs. The ballistic transport edge set apart the conducting extended states from the localized-band gap determining ones. Our findings put forward useful information to realize functionality encoded synthesis of NW-based complex structures, both in the bottom-up and top-down fabrication paradigms.
Benzer Tezler
- P-tipi bakır oksit ince film/n-tipi silisyum nanotel heteroeklemli diyotların üretimi ve elektriksel özelliklerinin incelenmesi
Fabrication of p-type copper oxide thin film/n-type silicon nanowire heterojunction diodes and investigation of their electrical properties
MUHAMMET KAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Fizik ve Fizik MühendisliğiNiğde Ömer Halisdemir ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FUNDA AKSOY AKGÜL
- Flow sensing with a piezoresistive silicon nanowire-based mems force sensor
Piezorezistif silikon nanotel tabanlı mems kuvvet sensörü ile akış algılama
LEVENT DEMİRKAZIK
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BURHANETTİN ERDEM ALACA
- Impact of channel length scaling on electrical transport properties of silicon carbide nanowire based field effect transistors (sicnw-fets)
Kanal uzunluğu ölçeklemenin silisyum karbür nano tel tabanlı alan etkili transistörlerin (sicnw-fet) elektrisel iletim özelliklerine etkileri
ALİ UZUN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Şehir ÜniversitesiElektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KAŞİF TEKER
- Self-powered, flexible, silicon carbide nanowire-based ultraviolet sensing devices
Kendi kendine çalışabilen, esnek silikon karbür nanotel tabanlı ultraviyole ışın algılama cihazları
MUSTAFA AKİF YILDIRIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMarmara ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KAŞİF TEKER
- Mechanical characterization of silicon nanowires
Silisyum nanotellerin mekanik nitelendirilmesi
EVREN FATİH ARKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. B. ERDEM ALACA