İki boyutlu yarıiletken TMDC malzemelerin katkılanması ve optik/elektriksel özelliklerinin incelenmesi
Doping of two-dimensional semiconductor TMDC materials and characterisation of optical/electrical properties
- Tez No: 797815
- Danışmanlar: DOÇ. DR. FAHRETTİN SARCAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Science and Technology, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Katıhal Fiziği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 104
Özet
2 Boyutlu (2B) Geçiş Metali Dikalkojenitler (Transition Metal Dichalcogenides, TMDC) ailesi üyesi olan Molibden disülfür (Molybdenum Disulfide, MoS2) ve Molibden ditellür (Molybdenum Ditelluride, MoTe2) yarıiletken özelliklere sahip olup bant aralıkları tabaka sayısına bağlı olmakla birlikte 1-2 eV arasındadır. Gerçek 2B yapıları sayesinde sahip oldukları sıra dışı yapısal, mekanik ve elektriksel özelliklerinin yanı sıra yüksek eksitonik bağlanma enerjileriyle (300-400 meV) oda sıcaklığında bile eksitonik ışıma yapmaktadırlar. Bu özellikleriyle yarıiletken 2B malzemeler optoelektronik cihaz teknolojisinde yeni bir çağ başlatmıştır. Modern elektronik ve optoelektronik p-n eklem Si ile p-n eklem III-V grubu yarıiletkenler tabanlı aygıt teknolojileri üzerine kurulmuştur. Bu malzemelere alternatif olan 2B malzemelerdeki en önemli sorun yüksek yüzey/hacim oranının sonucu olarak safsızlık (katkı) atomlarına karşı sahip oldukları aşırı duyarlılıktır. Kovalent bağ bazlı yarıiletkenler için kullanılan geleneksel katkı yöntemleri, malzemelerin kristal yapılarını değiştirerek optik, elektriksel ve yapısal özelliklerini bozduğu için, 2B yarıiletken TMDC'ler için uygun değildir. Bunun yerine literatürde büyütme sonrası katkılama yöntemleri önerilmektedir. Literatürde genellikle kaktı yönteminin 2B malzemelerin elektriksel özellikleri üzerine etkisine odaklanılmış olunmasına rağmen, optoelektronik aygıt uygulamaları için katkı yönteminin ve yoğunluğun malzemelerin optik ve yapısal özellikleri üzerine etkisinin de karakterize edilmesi önemlidir. Bu tez kapsamında 2B MoS2 ve MoTe2 yapıların UV-O3 ve 1,2-dikloroethan (DCE) ile sırasıyla p- ve n- tipi katkılanması ve katkı tipinin, yoğunluğunun malzemenin yapısal, optik ve elektriksel özelliklerine etkisi incelenmektedir. Farklı tabaka sayısına sahip 2B MoS2 ve MoTe2 yarıiletken malzemelerin katkılama süresine bağlı fotolüminesans (PL) şiddetindeki değişim veya bant aralığının kayması gibi optik özelliklerine etkisini ve alan etkili transistör (FET) karakterizasyonu ile katkılamanın taşıyıcı dinamiğine ve elektriksel özelliklerine etkisi incelenmiştir. Böylece MoS2 ve MoTe2 tabanlı optoelektronik aygıt fabrikasyonlarında malzemenin optik özelliklerini bozmadan optimum katkılama parametreleri belirlenmiştir. Tez kapsamındaki tüm fabrikasyon ve karakterizasyon süreçleri İstanbul Üniversitesi Fen Fakültesi Nano/Optoelektronik laboratuvarında yürütülmüştür. Bu çalışma sonrasında diğer TMDC malzemelerde de benzer metotların uygulanması yeni araştırma konularının açılmasına olanak sağlayacağı düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
Two-Dimensional (2D) Transition Metal Dichalconenides (TMDC) family members Molybdenum Disulfide (MoS2) and Molybdenum Ditelluride (MoTe2) are semiconductors with bandgaps ranging from 1 to 2 eV, depending on the number of layers. Thanks to their real 2D characteristics, they exhibit extraordinary structural, mechanical, and electrical properties, as well as excitonic emission at room temperature due to their high excitonic binding energies (300-400 meV), these properties have initiated a new era in semiconductor 2D material-based optoelectronic device technology. Modern electronic and optoelectronic devices are based on p-n junction Si and p-n junction IIIV group semiconductor device technologies. The most significant issue with 2D materials as an alternative to these materials is their extreme sensitivity to impurity (dopant) atoms due to the high surface-to-volume ratio. The traditional doping method for covalently bonded semiconductors is not suitable for 2D semiconductor TMDCs, as it alters the crystal structure and disrupts optical, electrical, and structural properties. Instead, post-growth doping methods are suggested in the literature. Although the focus in the literature is generally on the effect of the doping method on the electrical properties of 2D materials, characterizing the impact of the doping method and density on the optical and structural properties of the materials is also essential for optoelectronic device applications. In this thesis, p- and n-type doping of 2D MoS2 and MoTe2 structures with UV-O3 and 1,2- dichloroethane (DCE) is investigated, and the effect of doping type and density on the structural, optical, and electrical properties of the material is studied. The influence of doping duration on the photoluminescence (PL) intensity and bandgap shift of 2D MoS2 and MoTe2 semiconductors with different numbers of layers is examined, as well as the effect of doping on carrier dynamics and electrical properties through field-effect transistor (FET) characterization. In this way, the optimum doping parameters have been determined for MoS2 and MoTe2-based optoelectronic device fabrication without degrading the optical properties of the material. All fabrication and characterization processes within the scope of the thesis were conducted in the Nano/Optoelectronics laboratory of Istanbul University Faculty of Science. It is thought that the application of similar methods to other TMDC materials after this study will open up new research topics.
Benzer Tezler
- İki boyutlu WSeTe malzemesinin dizaynı ve karakterizasyonu
Design and characterization of two dimensional WSeTe materials
KARDELEN ÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Fizik ve Fizik MühendisliğiErzurum Teknik ÜniversitesiFotonik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜVEN TURGUT
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHTAP AYGÜN
- Yoğunluk fonksiyonel teorisi ile iki boyutlu geçiş metali dikalkojenitlerinin yapısal, elektriksel ve manyetik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of structural, electrical and magnetic properties of two dimensional transition metal dichalcogenides with density functional theory
MUSTAFA ÖZGÜR
Doktora
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SUAT PAT
- Photophysics of interlayer excitons in TMDC heterobilayers
TMDC heteroyapılarındaki katmanlar arası eksitonların fotofiziği
MEHMET ATIF DURMUŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İBRAHİM SARPKAYA
- Investigations of 2D materials towards thz source and detector applications
2D materyallerin terahertz kaynak ve dedektör uygulamalarına yönelik incelenmesi
YUSUF SAMET AYTEKİN
- Real time optical observation of the synthesis of novel 2D materials and investigation of their fundamental properties
Yeni 2D malzemelerin sentezinin gerçek zamanlı optik gözlemi ve temel özelliklerinin incelenmesi
HAMID REZA RASOULI
Doktora
İngilizce
2021
Mühendislik Bilimleriİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TALİP SERKAN KASIRGA