Monolayer-thick light-sensitive nanocrystal skins of oriented colloidal quantum wells
Tek katman kalınlığında yönlendirilmiş koloidal kuantum kuyuları tabanlı ışığa duyarlı nanokristal yüzeyleri
- Tez No: 828188
- Danışmanlar: PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Mühendislik Bilimleri, Science and Technology, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- 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: 61
Özet
Yarıiletken nanokristaller ailesinin iki-boyutlu üyesi olan koloidal kuantum kuyuları (KKK), dikey yönde kuantum sınırlaması ile yüksek osilatör gücüne sahip olan yapılarıyla dikkat çeker. Bunun yanı sıra, yatay yöndeki geniş geometrileri sayesinde dikkate değer derecede büyük soğurma kesitlerine sahiptirler. Ayrıca, güçlü bir fabrikasyon aracı olarak, KKK'lar tek katman kalınlığında yönel filmler olarak öz-dizilim yeteneği sunarlar. Yüz-aşağı (mozaik yapılara benzer, yanal yüzeyde geniş boşluk bırakmadan yan yana gelecek şekilde yatarak) ya da kenar-dik (ince kenarları üzerinde yüzeyleri birbirlerine bakan çok sıkı tekrar eden zincir üstyapılar halinde dikilerek). Bu tezde, KKK'ların yüksek soğurma özelliklerinden yararlanmak ve yönel-kontrollü öz-dizilimlerinden faydalanmak üzere, tek tabaka kalınlığında dizili KKK'lerin aktif soğurucu olarak kullanıldığı ışığa duyarlı nanokristal yüzeylerin ilk örneğini gösteriyoruz. Bu KKK tabanlı ışığa duyarlı kapasitif cihazlar, tek katmanlı öz-dizilime sahip KKK'ların güçlü optik soğurma özelliği ve foton soğurarak oluşan potansiyel fark birikimisayesinde görünür ve morötesi bantta algılama yapmaktadır. Işığa duyarlı bu aygıtların mimarisinde, bahsetmiş olduğumuz tek katmanlı yönel öz-dizilimli KKK filmler sağladığı düşük yüzey pürüzlülüğü aygıt performansı için önemlidir. Burada KKK tabanlı ışığa duyarlı aygıtlar özellikle iki grup olarak geliştirmiş ve gösterilmiştir: Tümüyle yüz-aşağı ve tümüyle dik-kenar yönlendirilmiş KKK tabanlı ışığa duyarlı aygıtlar. Tüm bunlar ışığında sistematik olarak aygıtların foto-yükleme etkisi, spektral duyarlılık ve yüksüzlenme süreleri üzerinde çalışılmıştır. Bu aygıtların spektral duyarlılıklarının KKK'ların birinci (ağır-elektron yokluğu) ve ikinci (hafif-elektron yokluğu) uyarılmış eksitonik soğrulma tepe noktaları ile uyum içerisinde olduğu gözlemlenmiştir. Bunun yanısıra uyarım gücü yükseldikçe, fotovoltaj tepe noktası yükselirken, aygıtların duyarlılıklarının azaldığı da gözlemlenmiştir. Foto-yükleme etkisi, uyarım kaynağı kapatıldığında da gözlemlenmeye devam edilmiştir. Son olarak kenar-dik yöneliminden faydalanılarak, fotovoltaj sinyal tepe noktasında güçlü bir iyileştirme kaydedilmiştir. Tezin bütün bu bulguları göstermektedir ki; tek katman kalınlığında yönlendirilmiş koloidal kuantum kuyuları tabanlı ışığa duyarlı nanokristal yüzeyleri, geniş alanlarda foton algılama uygulamalarında büyük bir gelecek vaad etmektedir.
Özet (Çeviri)
Colloidal quantum wells (CQWs), a two-dimensional member of semiconductor nanocrystals, featuring very tight vertical quantum confinement, possess giant oscillator strengths. Also, CQWs exhibit remarkably large absorption cross-sections, thanks to their oscillator strengths combined with their laterally large geometries. Additionally, as a powerful tool of fabrication, CQWs lend themselves to be conveniently self-assembled into monolayer-thick films in a single orientation of our choice: either face-down (lying down on their large lateral surfaces and side by side leaving no large gap between them similar to a mosaic pattern) or edge-up (standing up on their thin edges and facing each other in a very dense superstructure formation of repeating chains). In this thesis, to make use of the attractive absorption properties of CQWs and leverage on our ability to construct their orientation-controlled self-assemblies, we show the first account of monolayer-thick light-sensitive nanocrystal skins (LS-NS) that employ self-oriented CQWs as their active absorptive layer. These CQW LS-NS devices operate on the principle of strong optical absorption of the monolayered assembly of CQWs and the subsequent photogenerated potential build-up across their strongly capacitive thin device for sensing in the visible to ultraviolet. Such oriented CQWs in the LS-NS device architecture yield profoundly reduced surface roughness in their monolayer-thick films, essential to high device performance. Here, specifically, we developed and demonstrated two groups of LS-NS devices: one group consisting of all face-down oriented CQWs and the other, of all edge-up ones. We systematically studied their photocharging effect, spectral sensitivity and decay times. We observed in all LS-NS devices that the spectral sensitivity complies with the first (heavy-hole) and second (light hole) excitonic peaks of the absorption of the CQWs. We also found that, as the excitation power is increased, the peak photovoltage readout increases while the sensitivity decreases. The photocharging effect was further observed as the excitation was turned off. Finally, using the edge-up orientation, we identified a profound peak photovoltage signal enhancement. These findings of the thesis indicate that the proposed LS-NS devices of the orientation-controlled CQW monolayers hold great promise for applications in photos-sensing facades over larger surfaces.
Benzer Tezler
- LiP-CVD growth of multi-shape monolayer WS2: Determination and investigation of defect domains
Çok şekilli tek katmanlı WS2' ün LiP-CVD ile büyütülmesi: Kusur alanlarının belirlenmesi ve incelenmesi
HASRET AĞIRCAN
Doktora
İngilizce
2024
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLDEM KARTAL ŞİRELİ
- Adaptive metasurface designs for thermal camouflage, radiative cooling, and photodetector applications
Termal kamuflaj, ısınımlı soğutma ve fotodedektör uygulamaları için uyarlanabilir metayüzey tasarımları
EBRU BUHARA
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
- Colloidal doping of thick nanoplatelets
Kalın nanolevhaların kolloidal katkılanması
MUHAMMAD AHMAD
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Heterostructures of colloidal semiconductor nanoplatelets: A computational approach
Kolloidal yarıiletken nanolevhaların heteroyapıları: Sayısal bir yaklaşım
ACHMAD NASYORI
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Bilim ve TeknolojiKoç ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
