InP Quantum Dot based Light-emitting and Neuro-stimulating Optoelectronic Devices
InP kuantum nokta tabanlı ışık yayıcı ve sinir uyarıcı optoelektronik aygıtlar
- Tez No: 592821
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SEDAT NİZAMOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 68
Özet
Yarıiletken nanokristallerin, diğer adıyla kuantum noktalarının (QD) keşfi hem bu nanokristallerin temel prensiplerini anlamak yolunda, hem de bunların birçok farklı optoelektronik aygıta uygulaması konusunda çok fazla araştırmaya yol açmıştır. QD tabanlı ışık yayan aygıtlar (QLED), lazerler ve güneş pilleri yarıiletken nanokristal tabanlı optoelektronik aygıtlardan birkaçıdır. QD'lere olan bu ilgi, bu nanokristallerin ayarlanabilir bant aralığı, yüksek kuantum verimliliği, çözeltiden işlenebilirliği, görünür spektrumda ışıma ve soğurma yapabilmeleri ve nanometrik boyutlarda olmaları gibi seçkin optik ve yapısal özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Bu tezde indiyum fosfat (InP) tabanlı QD'leri aktif tabaka malzemesi olarak kullanan iki farklı optoelektronik aygıt teknolojisi, LED ve sinir uyarım elektrotları, gösterilecektir. Mevcut QLED çalışmalarının çoğu kadmiyum (Cd) içeren QD'ler ile yapılmıştır. Bu da Cd'nin zehirliliği sebebiyle QLED'lerin ticarileştirilmelerinin önünde bir problem oluşturmaktadır. Biz bu tezde yeni sentezlenen alternatif bir materyali, çinko oksit (ZnO) kabuğuyla kaplanmış InP QD ve bunların QLED'lere uygulamasını göstereceğiz. Uygun materyallerin seçimi ile QLED tasarımını, çözeltiden işlenmiş QLED'lerin fabrikasyonunu, kabuk kalınlığının ayarlanması yoluyla QD nano yapısının karakterizasyonunu ve verimlilik parametrelerinin maksimizasyonu için tabaka kalınlıklarının optimizasyonunu göstereceğiz. Tezin ikinci kısmı olarak, InP QD tabanlı fotoelektrotların sinirlerin ışık ile uyarılması amacı ile kullanımını göstereceğiz. Hem katodik hem de anodik fotoakım üreterek nöronları hem uyarabilen hem de susturabilen InP QD tabanlı fotoelektrotların tasarımından bahsedeceğiz. Çekirdek ve çekirdek/kabuk tabanlı aygıtların fotoelektrik performanslarını tartışacağız. Aygıt tabakalarının ve QD nano yapısının optimizasyonundan sonra, elektro fizyoloji deneyleri ile fotoelektrotlarımız üzerinde büyütülen nöronların ışık altında hücre zarı potansiyellerindeki değişimleri göstereceğiz. QD'lerin uygun aygıt mimarilerine entegre edilmesiyle, InP tabanlı QD'ler verimli LED'ler ve etkili sinir uyarım fotoelektrotları için kullanılabilir. QD nano yapısının ve aygıt yapısının karakterizasyonu ve optimizasyonu, verimli ve efektif QD tabanlı optoelektronik aygıtların üretilebilmesi için çok kritiktir.
Özet (Çeviri)
The discovery of semiconductor nanocrystals, also called as quantum dots (QDs), has led to remarkable research both on the understanding the fundamentals of these nanocrystals and on their applications to vast number of optoelectronic devices. QD based light-emitting devices (QLEDs), lasers, and solar cells are a few examples of semiconductor nanocrystal based optoelectronic devices. This interest to QDs stems from their outstanding optical and structural properties such as tunable band gap, high quantum efficiency, solution processability, emission and absorption in visible spectrum and nanoscale size. This thesis demonstrates two different optoelectronic device technologies, LEDs and neural stimulation electrodes, that use indium phosphide (InP) based QDs as active layer material. Most of the existing QLED studies were conducted with cadmium (Cd) containing QDs, which poses a problem for their commercialization due to their toxicity. Here, we show a newly synthesized alternative material, InP QDs covered with zinc oxide (ZnO) shell, and its application to QLEDs. We present the QLED design by proper choice of materials, fabrication of solution processed QLEDs, characterization of QD nanostructure via adjusting the shell thickness, and optimization of layer thicknesses for maximizing efficiency parameters. As the second part of the thesis, we present InP QD based photoelectrodes for the stimulation of neurons via light. We illustrate the design of InP QD based photoelectrodes that can produce both cathodic and anodic photocurrent, which can both stimulate and silence neurons. We discuss the photoelectrical performances of core and core/shell QD based photoelectrodes. After the optimization of device layers and QD nanostructure, we present the electrophysiology experiments which show the membrane potential variations of neurons under illumination that are grown on our photoelectrodes. By integrating QDs into convenient device architectures, InP QDs can be used for efficient LEDs and effective neural stimulation electrodes. Characterization and optimization of QD nanostructure and device structure is crucial for producing efficient and effective optoelectronic devices with QDs.
Benzer Tezler
- Novel quantum dot and fluorescent protein based liquidlight-emitting diodes and luminescent solar concentrators
Yeni kuantum nokta ve floresan protein tabanlı sıvı ışık yayan diyotlar ve lüminesans güneş konsantratörleri
SADRA SADEGHI
Doktora
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDAT NİZAMOĞLU
- Developing high brightness quantum dot led devices
Yüksek parlaklık kuantum nokta led aygıtların geliştirilmesi
AYŞENUR BİÇER
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAbdullah Gül ÜniversitesiElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EVREN MUTLUGÜN
- Metal-organik kimyasal buharlaştırma tekniği ile büyütülmüş uzun dalgaboylu lazer yapıların elektriksel özelliklerinin incelenmesi
The investigation of electrical properties of long wavelength laser structures, produced via metal-organic chemical vapor deposition technique
NESLİHAN AYARCI KURUOĞLU
Doktora
Türkçe
2017
Fizik ve Fizik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KUTSAL BOZKURT
PROF. DR. ORHAN ÖZDEMİR
- Physics and technology of the infrared detection systems based on heterojunctions
Çoklu eklem tabanlı kızılötesi algılama sistemlerinin fiziği ve teknolojisi
BÜLENT ASLAN
Doktora
İngilizce
2004
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAŞİT TURAN
- Theoretical analysis of gain switching InAs-InP (113)B quantum dot laser
Kazanç anahtarının kuramsal analizi InAs-InP (113)B kuantum nokta lazerleri
ALI MUMTAZ MOHAMMED SALIH AL DABBAGH
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURAN DOĞRU