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
- Tez No: 830835
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. TALİP SERKAN KASIRGA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Fizik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 84
Özet
Bu tez, düşük boyutlu malzemelerin nanomekanik gerilme testini araştırmaktadır. Düşük boyutlu malzemelerin testi için mevcut deneysel ortamların sınırlarını tartışılmıştır. Bu sınırları aşmak için, çalışma, özgün olarak tasarlanmış Mikro- Elektro Mekanik Sistemler (MEMS) ¸çiplerinin kullanımını önermektedir. MEMS çiplerinin üretim yöntemleri ve avantajları açıklanmıştır. Araştırma, MEMS çiplerini kullanarak az katmanlı 2H-MoS2 kristallerini incelemeyi içermektedir. Mekanik eksfoliasyon ve tam-kuru transfer gibi cihaz hazırlama teknikleri taslağa alınmıştır. MoS2 üzerindeki Raman ölçümleri, özellikle E12g modu Raman tepe noktasına odaklanarak, gerilmeye tepkisini analiz etmek için gerçekleştirilmiştir. MoS2'nin piezoelektrik özellikleri, piezo gerilim-direnç ve IV ölçümleri dahil olmak üzere kapsamlı bir şekilde tartışılmıştır. MoS2 içerisindeki ilginç termoelektrik kutuplu fotoakım tepkisi, taramalı fotoakım mikroskopisi (SPCM) kullanılarak araştırılmıştır. Çift kutuplu fotoakım oluşumuna farklı mekanizmaların olası katkıları, Fototermoelektrik Etki (PTE) veya Flexo-fotovoltaik etkisi gibi, tartışılmıştır. Stresin son zamanlarda gösterilen substrat etkisine katkısı bu ¸calışmada test edilmiştir. V2O3 kristallerinin büyüme ve transfer optimizasyonu, standart CVD sisteminde büyümeyi uyarlamaya odaklanarak incelenmiştir. Polimer destekli transfer teknikleri ve pasivasyon yöntemleri araştırılmıştır. Raman spektroskopisi sonuçları, Raman spektrumunda bir kayma göstermekte olup, tamamlanmış V2O3 MEMS cihazları sergilenmiştir. Ayrıca, V2O3 büyümesi üzerine (Mika gibi) farklı subtratlar ile yapılan ön çalışmalar incelenmiştir. Son olarak, V2O3'ün Metal-Yalıtkan geçiş özelliğini kullanarak bazı küçük üst kapı modülasyonları gösterilmiştir. Genel olarak, bu tez, düşük boyutlu malzemelerin nanomekanik gerilme testine MEMS çiplerinin etkili bir deneysel platform olarak tanıtarak katkıda bulunur. Araştırmalar, 2H-MoS2'nin subtrat mühendisliğiyle fotoakım üretim mekanizmasına dair değerli öngörüler sunmaktadır. Tez aynı zamanda, güçlü etkileşimli malzemelerde ilgi çekici faz geçişlerini incelemek için bir cihaz üretim metodolojisi sunar. Bu bulgular, düşük boyutlu malzemelerin özelliklerini ve potansiyel uygulamalarını anlamak için ¨onem taşır.
Özet (Çeviri)
This thesis explores nanomechanical strain testing of low-dimensional materials. The limitations of existing experimental environments for testing low-dimensional materials are discussed. To overcome these limitations, the study proposes the use of self-designed Micro-Electro Mechanical Systems (MEMS) chips. The fabrication methods and advantages of MEMS chips are explained. The investigation involves studying few-layer 2H-MoS2 crystals using MEMS chips. Device preparation techniques, such as mechanical exfoliation and all-dry transfer, are outlined. Raman measurements are conducted on MoS2 to analyze its response to strain, specifically focusing on the E12g mode Raman peak. The piezoelectric properties of MoS2 are extensively discussed, including piezo voltage-resistivity and IV measurements. An interesting thermoelectric bipolar photocurrent response in MoS2 is explored using scanning photocurrent microscopy (SPCM). Possible contributions of different mechanisms such as the Photothermoelectric Effect (PTE) or Flexo-photovoltaic effect of Bipolar Photocurrent response are discussed. The contribution of stress on the recently shown substrate effect is tested in this work. The growth and transfer optimization of V2O3 crystals which have a strain dependent phase transition properties is explored, with a focus on adapting growth to a conventional CVD chamber. Polymer-assisted transfer techniques and passivation methods are investigated. Raman spectroscopy results demonstrate a shift in the Raman spectrum, and completed V2O3 MEMS devices are showcased. In addition, some preliminary work upon V2O3 growth in different substrates (Mica) is tested. Finally, some small top-gate modulations of V2O3 exploiting Metal-insulator transition property is shown. Overall, this thesis contributes to the field of nanomechanical strain testing of low-dimensional materials by introducing MEMS chips as an effective experimental platform. The investigations provide valuable insights into the mechanism of the substrate-engineered photocurrent generation analysis of 2H-MoS2. The thesis also provides a device fabrication methodology to study interesting phase transitions in strongly-correlated materials. These findings have implications for understanding the properties and potential applications of low-dimensional materials.
Benzer Tezler
- Prediction of new generation two-dimensional ternary structures andinvestigation of their fundamental properties
Prediction of new generation two-dimensional ternary structures andinvestigation of their fundamental properties
MIRALI JAHANGIRZADEH VARJOVI
Doktora
İngilizce
2023
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ENGİN DURGUN
- Nanomekanikte yerel olmayan elastisite teorisi ve çok-ölçekli modellemeye uygulanması
Nonlocal theory of elasticity in nanomechanics and application to multiscale models
MERAL TUNA EROĞLU
Doktora
Türkçe
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MESUT KIRCA
- Nanomechanical buckling for applications in nonlinear dynamics
Doğrusal olmayan dinamik uygulamalarıiçin nanomekanik bükülme
BERKE DEMİRALP
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET SELİM HANAY
- Nanomechanical and microwave resonance sensing for characterization of individual virions and nanoparticles in atmospheric conditions
Atmosferik koşullarda tekli virüslerin ve nanoparçacıkların karakterizasyonu için nanomekanik ve mikrodalga rezonans algılama
MOHAMMED ALKHALED
Doktora
İngilizce
2023
Makine Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. MEHMET SELİM HANAY
- Nanomechanical characterization of materials by enhanced higher harmonics of a tapping cantilever
Titreşen kaldıracın geliştirilmiş yüksek harmonikleri vasıtasıyla maddelerin nanomekaniksel nitelendirilmesi
MÜJDAT BALANTEKİN
Doktora
İngilizce
2005
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
PROF.DR. ABDULLAH ATALAR