Colloidal quantum well light emitting diodes
Koloidal kuantum kuyuları tabanlı ışık yayan dalga kılavuzları
- Tez No: 828223
- Danışmanlar: PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 77
Özet
Koloidal nanokristallerle oluşturulmuş mikro/nano ölçekli yarıiletken ışık yayan cihazlar, ortam aydınlatma sistemlerinde, görüntüleme uygulamalarında ve fotonik devrelerde yüksek performans için düşük maliyetli çözümler sunmaktadır. Koloidal kuantum kuyuları (KKK'ler), bastırılmış Auger eksiton birleşimi, geniş soğurma kesiti ve dar ışıma çizgi genişliği gibi üstün özellikleri nedeniyle bu optoelektronik cihazlar için mükemmel aktif malzeme adaylardır. Bu tez kapsamında, ilk çalışma olarak, tümü çözeltide gerçekleştirilen çift renkli bir optik çınlaçta kazanç ortamı olarak KKK'lerin heteroyapılarını kullanarak çift renkli lazer ışıması gösterdik. Burada, yeşil ve kırmızı renklerde ışıyan KKK'lerin, aralarındaki aksi takdirde zararlı ışınımsal olmayan enerji transferini bastırmak için silika nanoparçacıklar (NP'ler) ile oluşturulan şeffaf, düşük kırılma indeksli koloidal açıklık katmanı ile ayrılmasıyla oluşan çok katmanlı bir dalga kılavuzu mimarisi, aynı anda iki renkte ~17 µJ/cm2 eşik seviyesine sahip kendiliğinden ışıma yükseltilmesi (KIY) sağladı. Bu çok katmanlı dalga kılavuzu konfigürasyonunu, doğrudan bu katmanlı KKK-NP-KKK koloidlerinden bir mikrodisk yapısı üreterek fısıldayan-galeri-kip (FGK) çınlacına uyarladık. Ortaya çıkan aygıt, aynı anda ~106 µJ/cm2 eşik seviyesiyle 569 ve 648 nm'de çift renkli çok modlu lazer ışıması gösterdi. Daha sonra, bu tez kapasımdaki ikinci çalışma olarak, aktif KKK bölgesini, ışığı yayıcı katman içine hapseden ve yanal eksen boyunca yönlendiren yarık biçimli bir dalga kılavuzu mimarisiyle birleştirerek, ışığın yönünü cihazın yüzeyinden kenarına değiştiren KKK'lerden oluşan bir koloidal dalga kılavuzlu ışık yayan diyot (LED) yapısı geliştirdik. Bu 900 µm uzunluğunda ve 150 µm genişliğindeki dalga kılavuzu şeklindeki LED'e 5,6 A/cm2'lik bir akım yoğunluğu sürüldüğünde, çıkış ışıma ~20.400 cd/m2'lik bir parlaklık seviyesi gösterdi. KKK tabanlı ışık yayan cihazlara tümleştirilebilen bu benzersiz dalga kılavuzu mimarileri, biyolojik görüntüleme için KKK tabanlı çift renkli uyarma ve KKK kullanılan LED tabanlı fotonik tümleşik devreler gibi çip üstü fotonik uygulamalar için büyük umut vaat etmektedir.
Özet (Çeviri)
Micro/nanoscale semiconductor light-emitting devices of colloidal nanocrystals offer low-cost solutions while delivering high performance in ambient lighting systems, displays, and photonic circuits. Colloidal quantum wells (CQWs) are excellent candidates as active materials for these optoelectronic devices owing to their superior properties including suppressed Auger recombination, large absorption cross-section, and narrow emission linewidth. In this thesis, as our first study, we proposed and demonstrated dual-color lasing using heterostructures of CQWs as the gain media in an all-solution-processed dual-color optical cavity for the first time. Here, a multilayered waveguide architecture consisting of green- and red-emitting CQWs, separated with a transparent low refractive index colloidal spacing layer of silica nanoparticles (NPs) suppressing otherwise detrimental nonradiative energy transfer between them, enabled amplified spontaneous emission (ASE) simultaneously in two colors at the threshold level of ~17 µJ/cm2. We further adapted this multilayer waveguide configuration to a whispering-gallery-mode (WGM) cavity by fabricating a microdisk structure directly out of these layered CQWs-NPs-CQWs colloids. The resulting device showed dual-color multimode lasing both at 569 and 648 nm at the same time with the threshold of ~106 µJ/cm2. Then, as the second study of this thesis, we developed a colloidal waveguide light-emitting diode (LED) structure of CQWs that changes the direction of light from the surface to the edge of the device by combining the active CQW region with a slit-shaped waveguide architecture that confines the light within the emissive layer and guides it through the lateral axis. Driving this LED waveguide of 900 µm in length by 150 µm in width at a current density level of 5.6 A/cm2, we observed the output emission reached a luminance level of ~20,400 cd/m2. These unique waveguiding architectures integrated into the light-emitting devices of CQWs hold great promise for on-chip photonic applications including CQW dual-color excitation for biological imaging and CQW LED-based photonic integrated circuits.
Benzer Tezler
- Solution-processed light-emitting diodes of monolayers of colloidal quantum wells
Tek katmanlı koloidal kuantum kuyularından yapılan çözelti bazlı ışık yayan diyotlar
HAMED DEHGHANPOUR BARUJ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Mühendislik Bilimleriİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Novel light-emitting devices of semiconductor quantum dots and conjugated polymer nanoparticles
Yarı iletken kuantum noktacıkları ve konjüge polimer nanoparçacıkların yenilikçi ışık yayan aygıtları
TALHA ERDEM
Doktora
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Colloidal synthesis and doping of semiconductor nanocrystals
Yarıiletken nanokristallerin koloidal sentezi ve katıklanması
MEHMET ZAFER AKGÜL
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Solution-processed/evaporation-based light-emitting diodes of face-down/edge-up oriented colloidal quantum wells
Çözelti işlemli/buharlaştırma tabanlı yüz aşağı/kenar yukarı yönlendirilmiş koloidal kuantum kuyuları ışık yayan diyotları
İKLİM BOZKAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- 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