Photocurrent generation in low dimensional nanomaterials
Düşük boyutlu malzemelerde fotoakım üretimi
- Tez No: 772708
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ TALİP SERKAN KASIRGA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 98
Özet
Bu tez, düşük boyutlu nanomalzemelerde foto tepki mekanizmalarının altında yatan çok önemli bir konuyu anlamaya odaklanmaktadır. Malzeme boyutu mikro ve nano seviyeye düştükçe, yapısal detaylar ve stres, kalınlık değişimi, alt taş ve eklemler gibi dış etmenlere bağlı düzensizlikler bir optoelektronik cihazdaki ışık-madde etkileşimlerini açıklayabilen ve kontrol edebilen olası etkilerin belirlenmesinde etkili olur. Nanomalzemelerin temel fiziksel özelliklerinin daha iyi anlaşılmasını sağlamak ve nanomalzeme aygıtlarda termal ve elektriksel taşımayı optimize etmek için tek bir kristal seviyesinde mikroskobik inceleme gereklidir. Bu tezde, taramalı foto akım mikroskobu (SPCM) kullanarak iki olağanüstü durumda fotoakım üretimini araştırdım: metalik gümüş nanotel (Ag NW) ve yarı iletken çok katmanlı molibden disülfit (MoS2). SPCM birkaç yüz nanometre çözünürlüğe karşılık gelen yansıyan ışık yoğunluğu ile birlikte foto tepkinin uzaysal haritalanmasını sağlar. İki uçlu Ag ve Ag nanotel ağ aygıtları nanotellerin damlatma biriktirilmesi ve metal kontak olarak indiyumun yerleştirilmesi ile yapıldı. SPCM haritaları, nanotel- nanotel bağlantılarının ve nanotel-kontak arayüzünün yerel olarak plazmonik alanı geliştirdiğini ve sıcak noktalar (hot-spots) olarak davrandığını göstermektedir. Sıcak noktalarda (hot-spots) artan sıcaklık, direncin değişimi için yeterlidir ve ön gerilim altında bir fotobolometrik tepki ile sonuçlanır. Fotobolometrik etkiyi daha da arttırmak için nanotelleri plazmonik Ag nano parçacıklarla donattık. Nano parçacıklar sıcak notların (hot-spots) sayısını ve plazmona bağlanan ışığı güçlendirirler. Aynı zamanda sıfır ön gerilim tepkisini fototermal etkiye dayandırdık. Fotoakım, Ag nanotel boyunca geometrideki nano boşluklar ve düzensizliklerin neden olduğu Seebeck katsayı farkı tarafından üretilmektedir. Bu tezin ikinci kısmı, birkaç katmanlı MoS2'nin alttaş mühendisliği (substrate engineering) ile foto akım üretimini açıklamaktadır. Bir kristali kısmen askıya almak için, MoS2 ince katmanlar ayrıştırıldı ve sonra üzerinde dikdörtgen veya dairesel delikleri bulunan alt taş üzerine aktarıldı. Desteklenen ve askıda kalan parçaların birleşiminden fotoakım oluşumunu gözlemledik. İndüklenmiş katkılama (induced doping) gibi alt taş etkileri, iki boyutlu malzemelerin özelliklerinin belirlenmesinde önemli bir rol oynar. Araştırmalarımız, askıdaki parçanın alt taştan ayrılması nedeniyle Seebeck katsayısının değiştiğini göstermektedir. Askıya alınan ve desteklenen bölgelerin Seebeck katsayısındaki fark, bir termoelektrik bağlantı oluşturur. Ayrıca kapı (gate) deneyleri ile taşıyıcı tipi ve yoğunluğunun fotoakım üretimi üzerindeki etkisini de araştırdık.
Özet (Çeviri)
This thesis focuses on crucial issue on the understanding the underlying mechanisms of photoresponse in low-dimensional nanomaterials. As the size goes down to the micro and nano level, fine features and induced inhomogeneities like strain, thickness variation, substrate, and junctions become influential in determining plausible effects that can explain and control the light-matter interactions in an optoelectronic device. To develop a better understanding of the fundamental physical characteristics of nanomaterials and optimize thermal and electrical transport in nanomaterial devices, microscopic investigation at a single crystal level is required. In this thesis, I investigated photocurrent generation in two extreme cases: metallic silver nanowire (Ag NW) and semiconducting multilayer molybdenum disulfide (MoS2) using scanning photocurrent microscopy (SPCM). SPCM provides spatial mapping of photoresponse along with corresponding reflected light intensity with a few hundred nanometer resolution. Two terminal devices of Ag and Ag network devices are made by drop-casting NW and placing indium as metal contacts. The SPCM maps show that the NWNW junctions and NW-contacts interface locally enhance the plasmonic field and act as hot spots. The increased temperature at hot spots is enough to modulate the resistance and results in a photo-bolometric response under the bias voltage. To further enhance the photo-bolometric effect, we decorated the nanowires with plasmonic Ag nanoparticles. The nanoparticles increase the number of hot spots and strengthen light coupling into plasmons. We also attributed zero bias response to the photothermoelectric effect. The photocurrent is generated by the Seebeck coefficient difference caused by nanogaps and nonuniformities in the geometry along the Ag NW. The second part of this thesis describes photocurrent generation by substrate engineering of a few layer MoS2. To partially suspend a crystal, a flake of MoS2 is exfoliated and then transferred on a substrate with rectangular or circular holes. We observed photocurrent generation from the junction of the supported and suspended parts. Substrate effects like induced doping play an essential role in determining the properties of two-dimensional materials. Our investigations show that the Seebeck coefficient of the suspended part is changed due to isolation from the substrate. The difference in the Seebeck coefficient of suspended and supported regions forms a thermoelectric junction. We also investigated the impact of carrier type and concentration on photocurrent generation by gating experiments
Benzer Tezler
- Nanomechanical strain testing of low dimensional materials with micro-electro mechanical system (MEMS) chips
Mikro-elektro mekanik sistem (MEMS) cip ıle düşük boyutlu malzemelerin nanomekanik gerilme testi
UĞUR BAŞÇI
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. TALİP SERKAN KASIRGA
- Fabrication and characterization of SOI based photodetectors with graphene electrode
Grafen elektrotlu SOI tabanlı fotodedektörlerin üretimi ve karakterizasyonu
ALPER YANILMAZ
Doktora
İngilizce
2023
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüFotonik Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEM ÇELEBİ
PROF. DR. SİNAN BALCI
- Düzenli TiO2 nanoyapıların fotoanot olarak kullanıldığı katı hal boya duyarlaştırıcılı güneş hücrelerinde yük transfer incelemeleri
Charge transfer investigations of solid state dye sensitized solar cells by ordered TiO2 nanostructures as photoanode
AYKUT KIYMAZ
- Farklı fotokatalitik reaktörler ile içme sularının arıtılması ve detoksifikasyonu
Detoxification and treatment of drinking water with different photocatalytic reactors
MUHAMMED İBERİA AYDIN
Doktora
Türkçe
2017
Çevre Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN SELÇUK
- Donor-acceptor type bulk nano-heterojunction solar cell designs based on electronically coupled lead selenide nanorods and lead selenide quantum dots
Elektriksel bağlaşım içinde olan kurşun selenyum nano çubuk ve kurşun selenyum kuantum nokta temelli elektron verici-alıcı tipi heteroeklem güneş hücrelerinin tasarımı
İREM KOLAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DEMET ASİL ALPTEKİN