Geri Dön

Tek katmanlı grafenin elektronik taşınım özelliklerinin Monte Carlo yöntemi ile incelenmesi

Investigation of electronic transport properties of monolayer graphene by Monte Carlo method

  1. Tez No: 394583
  2. Yazar: MERYEM DERYA ÖZDEMİR
  3. Danışmanlar: PROF. METİN ÖZDEMİR
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Tek tabaka grafen, Monte Carlo, Sac¸ılma, Su¨ru¨klenme hızı, Mo- bilite, Monolayer graphene, Monte Carlo, Scattering, Drift velocity, Mobility
  7. Yıl: 2015
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Çukurova Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 144

Özet

Grafen (graphene) ilk defa 2004 yılında sentezlenmis¸ tek bir atom kalınlıg˘ında bal peteg˘i o¨rgu¨su¨ne sahip karbon atomlarının olus¸turdug˘u bir malzemedir. Bir katmanlı grafende ters o¨rgu¨ uzayında Dirac noktaları olarak bilinen noktalar civarında du¨s¸u¨k en- erjiler ic¸in elektron enerjisi dalga vekto¨ru¨ne dog˘rusal olarak bag˘lıdır, bu nedenle etkin elektron ku¨tlesi sıfırdır, ayrıca malzemenin yasak enerji aralıg˘ı yoktur. Dog˘rusal bant yapısından dolayı grafende elektron hareketi, parc¸acıkların Fermi hızı (≈ c/300) ile hareket eden sıfır durgun ku¨tleli ro¨lativistik parc¸acıkları taklit ettig˘i Dirac denklemi ile ifade edilir. Bu tez c¸alıs¸masında tek katmanlı grafenin elektronik tas¸ınım o¨zellikleri en- semble Monte Carlo (EMC) yo¨ntemi ile incelenmis¸tir. Bu amac¸la grafendeki akustik, polar olmayan optik, yu¨zey polar optik fononlardan, yu¨klu¨ burus¸uklug˘undan kaynaklanan sac¸ılma mekanizmaları go¨z safsızlıklardan ve arayu¨zey o¨nu¨ne alınmıs¸tır. Yu¨klu¨ safsızlık sac¸ılması ve yu¨zey polar fonon sac¸ılması durumlarında perdeleme etksi de hesaba katılmıs¸tır. Uygulanan bir alan altında elektronların hız-zaman eg˘rileri bulunmus¸, belirli malzeme parametreleri ve uygulanan alan deg˘erlerinde ani hızlanma (overshoot) ve yavas¸lama (undershoot) etkileri go¨zlenmis¸tir. Ayrıca hız-alan eg˘rileri elde edilmis¸, saf grafen durumunda belirli malzeme parametreleri deg˘erinde negatif diferansiyel direnc¸ ol- gusu ortaya c¸ıkmıs¸tır. Bu etki akustik fonon sac¸ılma oranlarının artması ile azalarak tama- men yok olmus¸tur. Arayu¨zey burus¸uklug˘u ve safsızlık sac¸ılmaları elektron mobilitesini bu¨yu¨k oranda azaltmaktadır. Mobilite deg˘erleri hem iletkenlik hesaplamalarından hem de Monte Carlo hesaplamalarından bulunmus¸tur. Mobilitenin sıcaklıg˘a bag˘ımlılıg˘ı hesaplanmıs¸ ve sıcaklık ile monoton olarak azaldıg˘ı go¨zlenmis¸tir. Ayrıca mobilitenin elektron yog˘unlug˘una bag˘ımlılıg˘ı da incelenmis¸tir. Elektron yog˘unlug˘una bag˘ımlılık temel olarak elektronların fermi enerjisinin elektron yog˘unlug˘una bag˘ımlılıg˘ından kay- naklanmaktadır.

Özet (Çeviri)

Graphene, synthesized for the first time in 2004, consists of a single layer of car- bon atoms arranged in a honeycomb lattice. In monolayer graphene, near the so called Dirac points in the reciprocal space the electron energy linearly depends on wave vec- tor for low values of electron energy. Because of this, the effective mass of electrons is zero and moreover no forbidden energy gap exists. Because of linear energy dispersion relation, the motion of electrons in graphene is governed by Dirac equation where the particles mimic relativistic particles moving with Fermi velocity (≈ c/300) with zero rest mass. In this thesis, the electronic transport properties of monolayer graphene is inves- tigated in detail by using an ensemble Monte Carlo (EMC) method. For this purpose, the scattering rates due to acoustic, non-polar optic, surface polar optic, ionized impu- rity and interface roughness mecahnisms are taken into account. For the ionized impurity and surface polar phonon scattering cases, the effect of screening is also considered. The velocity-time curves under an applied field are obtained, and for specific material and ap- plied field values overshoot and undershoot effects are observed. Furthermore, velocity- applied field curves are obtained, and for the case of intrinsic graphene, negative differ- ential phenomenon is observed for specific material parameters. This effect decreased with the increase of acoustic phonon scattering rates and disappeared completely. Both interface roughness and impurity scattering decreases the mobility of electrons consider- ably. The mobility values are calculated both from conductivity and EMC calculations. The dependence of mobility on temperature is found and it is observed that it decreases with temperature monotonically. The dependence of mobility on electron concentration is also investigated. The dependence on electron concentration basicly comes from the depencence of Fermi energy on electron concentration.

Benzer Tezler

  1. Katmanlı grafenin elektronik özelliklerinin Monte Carlo yöntemi ile hesabı ve grafenin optik özellikleri

    Calculation of electronic properties of multilayer graphene with Monte Carlo method and optical properties of graphene

    ÖZNUR ATASEVER

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Fizik ve Fizik MühendisliğiÇukurova Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. BERRİN ÖZDEMİR

  2. Preparation and characterization of graphene samples on atomically smooth surfaces

    Atomik boyutta pürüzsüz yüzeylerde grafen örneklerinin hazırlanması ve karakterizasyonu

    SERHAT YANIK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2011

    Fizik ve Fizik MühendisliğiFatih Üniversitesi

    Fizik Bölümü

    YRD. DOÇ. DR. MEHMET BURAK YILMAZ

  3. Electrıcal characterısatıon of InGaAs/GaAs quantum well and graphene semıconductor structures

    InGaAs/GaAs kuantum kuyusu ve grafen yarıiletken yapıların elektriksel karakterizasyonu

    ADAL. AB. MA. RAJHI ADAL. AB. MA. RAJHI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AYŞE EROL

  4. Formation and functionalization of boron phosphide monolayers

    Tek atomik katmanlı boron fosfor yapılarının oluşturulması ve işlevselleştirilmesi

    LÜTFİYE HALLIOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ENGİN DURGUN

  5. Investigation of electronical and mechanical properties of twisted bilayer systems of two dimensional materials

    İki boyutlu materyallerinin döndürülmüş çift katmanlı sistemlerinin elektronik ve mekanik özelliklerinin araştırılması

    BÜŞRA GAMZE ARSLAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. OĞUZHAN GÜRLÜ