Ultrathin 2D α-MoO3/Ir/Si schottky heterojunction devices: exploiting plasmonic hot carriers for self-powered UV photodetection with dual photoresponse behavior
Ultra ince 2D α-MoO3/Ir/Si schottky heteroeklem cihazları: çift fotoyanıt davranışı ile kendiliğinden güç sağlayan UV fotoalgılama için plazmonik sıcak taşıyıcılardan yararlanma
- Tez No: 812582
- Danışmanlar: PROF. DR. ŞULE ATEŞ, DOÇ. DR. YASİN RAMAZAN EKER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Selçuk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 225
Özet
Ultra-ince nano-yapılı MoO3 yarı iletkenler, olağanüstü yanıtları nedeniyle şeffaf optoelektronik ve nanofotonik uygulamalarda büyük umut vaat eden malzemeler olarak ortaya çıkmışlardır. Bu çalışmada, atomik tabaka biriktirme (ALD) yöntemiyle elde edilen büyük ölçekli, kendiliğinden güç sağlayan 2D α-MoO3 fotodetektörleri araştırılmıştır. Bu fotodetektörler, 0V eğilim geriliminde hem pozitif hem de negatif fotoiletkenlik sergilemektedir. Özellikle, çeşitli konfigürasyonlar kullanılarak ultra-ince plazmonik Ir tabakasının entegrasyonuyla daha da geliştirilebilen ultra-ince 2D α-MoO3/n-Si konfigürasyonu, 365 nm UV aydınlatmasında 0V altında makul fotoakım göstermiştir. Ayrıca, ultra-ince İridyum (Ir) plazmonik tabakanın varlığında ultra-ince 2D α-MoO3'de indüklenen sıcak elektronların etkisi ve UV fotodetektörlerinin performansına olan etkisi incelenmiştir. MoO3/2 nm Ir/n-Si konfigürasyonu, 0V eğilim geriliminde 7×1010 harici kuantum verimliliği (HKV) ve 5.5×1010 Jones algılama yeteneği sağlamaktadır. Dahası, 600oC'de işlem gördükten sonra MoO3/2 nm Ir/MoO3/n-Si örneğinde dikkate değer bir iyileşme gözlemlenmektedir. Bu iyileşme, -16 µA fotodirençli bir akım, 8×1010 HKV ve 3×1011 Jones algılama yeteneği ile sonuçlanmaktadır. Özellikle, 0V eğilim geriliminde yanıt süresi yalnızca 0.1 s'dir ve bunu, 0.1 nm'lik çok düşük yüzey pürüzlülüğü desteklemektedir. Fotodetektörlerde gözlenen negatif fotoyanıt, MoO3 yüzeyindeki O2 desorpsiyonu ve oksijen boşluklarının oluşumuyla ilişkilendirilmektedir. Bu desorpsiyon süreci, MoO3'teki taşıyıcı yoğunluğunu artırırken, Coulomb tuzaklama ve azalmış delik hareketliliği nedeniyle Ir tabakadaki taşımayı azaltmaktadır. Sonuç olarak, hetero-yapının direnci artar ve akımda azalmaya neden olur. Bu bulgular, yüksek performanslı optoelektronik ve fotonik uygulamalar için ultra-ince MoO3 yarı iletkenlerinin potansiyelini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Ultrathin Nanostructured MoO3 semiconductors have emerged as highly promising materials for transparent optoelectronics and nanophotonics due to their exceptional responsivity. In this study, we investigate large-scale self-powered 2D α-MoO3 photodetectors that are deposited using atomic layer deposition. These photodetectors demonstrate both positive and negative photoconductivity at 0V bias voltage. Specifically, the ultrathin 2D α-MoO3/n-Si configuration shows moderate photocurrent at 0V under 365 nm UV illumination, which can be further enhanced through the incorporation of an ultrathin plasmonic Iridium (Ir) layer using various configurations. Moreover, we examine the effect of induced hot electrons in ultrathin 2D α-MoO3 in the presence of an ultrathin Ir plasmonic layer and analyze its impact on the performance of UV photodetectors. The MoO3/2 nm Ir/Si configuration achieves outstanding external quantum efficiency (EQE) of 7E10 and a detectivity of 5.5E10 Jones at 0V bias. Moreover, after annealing at 600oC, a remarkable enhancement is observed in the MoO3/2 nm Ir/MoO3/Si sample. This enhancement results in a photocurrent of -16 µA, accompanied by an EQE of 8E10 and a detectivity of 3E11 Jones at 0V bias. Notably, the response time at 0V bias is only 0.1 s, which is supported by a very low roughness of 0.1 nm. The negative photoresponse observed in the photodetectors is attributed to O2 desorption and oxygen vacancy formation on the MoO3 surface. This desorption process increases the carrier density in MoO3 and reduces the transport in the Ir layer due to Coulomb trapping and decreased hole mobility. Consequently, the resistance of the heterostructure increases, leading to a decrease in the current. These findings demonstrate the potential of ultrathin MoO3 semiconductors for high-performance optoelectronics and photonic applications.
Benzer Tezler
- Tailored doping strategies for photocatalytic CO2 reduction and water splitting on KCa2Nb3O10 layered perovskite
KCa2Nb3O10 katmanlı perovskit üzerinde fotokatalitik CO2 indirgeme ve su ayrıştırma için katkılama stratejileri
BENGİSU YILMAZ
Doktora
İngilizce
2023
KimyaKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. UĞUR ÜNAL
- 2D oxide dielectric nanosheets structured nanofilms for ultrathin, flexible, transparent capacitor fabrication and biological applications
Ultra ince, esnek ve transparan kapasitör üretimi ve biyolojik uygulamalar için iki boyutlu oksit dielektrik nanolevhalar ile yapılandırılmış nanofilmler
BEGÜMNUR KÜÇÜKCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Biyomühendislikİzmir Ekonomi ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGE SAĞLAM
DR. ÖĞR. ÜYESİ FATMA PINAR GÖRDESLİ DUATEPE
- Optoelektronik uygulamalara yönelik iki boyutlu metal halojenür ve geçiş metali dikalkojenit malzemelerin üretimi ve incelenmesi
Growth and investigation of two dimensional metal halide and transition metal dichalcogenide materials for optoelectronic applications
HABİP GÜNALP TAŞDELEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Bilim ve TeknolojiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AYDAN YELTİK
- Functional metal oxide surfaces: Photocatalytic, self-cleaning andmicro-/nanostructuring applications
Başlık çevirisi yok
SALİH VEZİROGLU
Doktora
İngilizce
2021
Metalurji MühendisliğiChristian-Albrechts-Universität zu KielPROF. DR. FRANZ FAUPEL
PROF. DR. LORENZ KİENLE
PROF. DR. JOST ADAM
- 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