Plasmonically enhanced hot electron based optoelectronic devices
Plazmon destekli sıcak elektron tabanlı optoelektronik aygıtlar
- Tez No: 392045
- Danışmanlar: PROF. DR. ALİ KEMAL OKYAY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 122
Özet
Sıcak elektron tabanlı optoelektronik aygıtlar geleneksel aygıtların düşük maliyetli alternatifleri olarak ilgi görmüşlerdir. Bilinen optoelektronik aygıtların verimi çoğunlukla ışık soğurucu olarak kullanılan yarı-iletkenin enerji bant aralığıyla limitlidir. Öte yandan sıcak elektron aygıtları iç fotoemisyon mekanizması ile bu limiti aşabilmektedirler. Bir metal içerisinde emilen fotonlar sahip oldukları enerjiyi metalin serbest elektronlarına vererek elektronları daha yüksek enerji seviyelerine çıkartırlar. Yüksek enerjiye sahip bu sıcak elektronlar uygun aygıt yapılarında fotoakım üretmek için kullanılabilirler. Bu yöntemin önündeki en büyük engel, metal yüzeylerin yansıtıcı özelliğe sahip olmalarıdır. Yüzey plazmonlarının kullanılması bu engelin önemli ölçüde aşılmasını sağlamıştır. Işık enerjisi, yüzey plazmonları halinde metal katmanlara veya metal nanoparçacıklara hapsedilerek metal içerisindeki ışık emiliminin artması sağlanır. Bu sayede metal içerisindeki sıcak elektron oluşma hızı da artırılır. Bu çalışmada yüzey plazmonlarının tetiklenme ve sönümlenme mekanizmaları, yüzey plazmonlarının sönümlenmesi ile sıcak elektron oluşumu ve sıcak elektronların fotoemisyonuyla fotoakım oluşumu incelenmiştir. Özgün aygıt mimarileri ve plazmon tetikleme yapıları üzerine çalışılmış ve bu yapılarla plazmon destekli sıcak elektron tabanlı fotodedektörler ve fotovoltaik aygıtlar gösterilmiştir. Metal-yarıiletken Schottky eklem diyot yapısı sıcak elektron tabanlı fotodedektör olarak kullanılmıştır. Çift katlı metal-yalıtkan-metal (MYM) mimarisi sıcak elektron tabanlı fotovoltaik aygıt olarak önerilmiştir. Bu aygıtların tam dalga elektromanyetik simulasyonları yapılarak plazmon destekli sıcak elektron oluşma mekanizması açıklanmış ve bu alanda yapılacak çalışmalar için yol gösterici bulgular sunulmuştur.
Özet (Çeviri)
Hot electron based optoelectronic devices have been regarded as cost-effective candidates to their conventional counterparts. The efficiency of conventional optoelectronic devices that rely on semiconductor photo-absorbers are mainly limited by the energy bandgap of the semiconductor. On the other hand, hot electron devices can overcome this limitation via the“internal photoemission”mechanism. Absorbed photons give their energy to free electrons of the metal and these high energy (“hot”) electrons can be used to generate photocurrent in proper device configurations. High optical reflection from metals has remained as the main drawback of this photocurrent generation scheme but this problem has recently been addressed by the use of surface plasmons. Optical energy can be tightly confined to a metal layer or metal nanostructures in the form of surface plasmons, and the decay of surface plasmons in metals generates hot electrons. In this work, we study mechanisms of surface plasmon excitation, surface plasmon decay, hot electron generation and hot electron photoemission for photocurrent generation. We demonstrate novel device architectures and plasmon excitation structures. We demonstrate the use of such layers for plasmon enhanced hot electron based photodetectors and photovoltaic devices. A metal-semiconductor Schottky junction diode structure is used as hot electron photodetector. A double metal-insulator-metal (MIM) architecture is proposed as a hot electron photovoltaic device. Full wave electromagnetic simulations of these device structures are conducted to provide insight into the surface plasmon assisted hot electron generation process and give future directions in this field.
Benzer Tezler
- Plasmonically enhanced silicon infrared schottky detector
Plazmonik yapılarla geliştirilmiş silikon kızılötesi schottky algılayıcı
KAZIM GÜRKAN POLAT
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALİ KEMAL OKYAY
- Development of nanostencil lithography and its applications for plasmonics and vibrational biospectroscopy
Nanoşablon litografisinin geliştirilmesi ve plazmonik yapılar ile titreşimli biospektroskopi uygulamaları
SERAP AKSU RAMAZANOĞLU
Doktora
İngilizce
2013
Fizik ve Fizik MühendisliğiBoston UniversityMalzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HATİCE ALTUG
- Nanostructures for plasmonic biosensors
Plasmonik biyosensörler için nanoyapılar
AYSEL TOMAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Bilim ve TeknolojiGediz ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HADİ M. ZAREİE
- Aşılanmış polimerlerin seçici olarak aşındırılmasıyla yüzeyler üzerinde desenlerin üretilmesi
Selective etching of grafted polymers for fabrication of patterns on surfaces
HATİCE NUR EKİNCİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Polimer Bilim ve TeknolojisiErciyes ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA SERDAR ÖNSES
- Selective plasmonic control of excitons and their non-radiative energy transfer in colloidal semiconductor quantum dot solids
Kolloidal yarıiletken kuvantum noktacık filmlerinde ekzitonların seçimli plazmonik kontrolü ve radyasyonsuz enerji transferleri
TUNCAY ÖZEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR