Geri Dön

İki boyutlu Grafen/ReSe2/ReS2 fotodedektör üretimi ve karakterizasyonu

Two dimensional Grafen/ReSe2/ReS2 photodetector fabrication and characterization

PDF İndir

  1. Tez No: 983458
  2. Yazar: BÜŞRA AYDIN DEMİR
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. ÇAĞLAR DUMAN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Elektronik, Fotodedektörler, Grafen, Nanomateryaller, Optik, Optoelektronik, Electronics, Photodetectors, Graphene, Nanomaterials, Optic, Optoelectronic
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Erzurum Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Elektronik Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Tez çalışması kapsamında, SCAPS-1D yazılım paketi kullanılarak p-cSi/PSi/ReS2/Grafen ve Grafen/ReSe2/ReS2 yapıları simüle edilmiştir. Simüle edilen Grafen/ReSe2/ReS2 yapısı için p-cSi/PSi/ReS2/Grafen yapısına kıyasla daha yüksek performans elde edilmiştir. 550 nm'de % 96,37 EQE ve 790 nm'de 0,54 A/W R elde edilmiştir. Bu sebeple Grafen/ReSe2/ReS2 yapısı deneysel olarak üretilmiştir. Ayrıca bu yapıya ek olarak Grafen/ReSe2/ReS2/Grafen yapısı deneysel olarak üretilip incelenmiştir. Aygıt fabrikasyonunda kullanılan, 2B ReSe2 ve ReS2 tabakaları CVD metodu ile üretilmiştir. CVD metodu, cihaz uygulamaları için ölçeklenebilir, yüksek kaliteli ReX2 üretim imkanı sunduğu için tercih edilmiştir. Grafen elektrotlar ise ticari olarak satın alınan Grafen filmlerden elde edilmiştir. Grafen film, SiO2/p-Si alttaş üzerine PMMA kullanılarak transfer edilmiştir. Daha sonra litografi ve ICP-RIE ile istenilen boyutlarda Grafen şeritler oluşturulmuştur. CVD tekniği kullanılarak cihaz tasarımına uygun kontrollü biçimde büyütülen ReSe2, ReS2 pulları ve Grafen şeritler PDMS kullanılarak SiO2/p-Si alttaş üzerinde üst üste yerleştirilmiştir. Metalizasyon işlemi sonrasıda ise fotodedektör yapısı elde edilmiştir. Gerçekleştirilen literatür araştırması sonucunda, Grafen/ReSe2/ReS2/Grafen ve Grafen/ReSe2/ReS2 aygıt yapılarını inceleyen herhangi bir çalışmaya rastlanmamıştır. Üretilen Grafen/ReSe2/ReS2 fotodedektör ile VIS'den NIR'e (510 nm-1550 nm) geniş bir spektral algılama yapılabilmiştir. Bu durum, 2B ReSe2/ReS2 malzemelerinin kesim frekanslarının üzerindeki frekanslarda Grafen'in foton absorbe etmesi ve taşıyıcı üretmesi ile açıklanmaktadır. Dolayısıyla, bu frekanslarda Grafen sadece elektrot olarak değil aynı zamanda fotodedektör gibi davranmıştır. Tez kapsamında üretilen fotodedektör ile 10^4 A/W'ın mertebesinde duyarlılık elde edilmiştir. Yüksek duyarlılığın sonucu olarak % 4.8×10^4 EQE ve 3,6×10^12 Jones D* hesaplanmıştır. Ayrıca üretilen cihazın harici güç kaynağı kullanılmadan algılama yapabildiği görülmüştür. Üretilen fotodedektörün geniş dalga boyu aralığında algılama yapabilmesi bu tip fotodedektörler kuantum haberleşme, otonom araçlar, akıllı tarım, gece görüş sistemleri, uzay ve uydu tabanlı algılama gibi ileri teknolojik alanlarda kullanıldığı için önemlidir. Ayrıca, üretilen aygıtın harici güç kaynağı kullanılmadan çalışması enerji verimliliği açısından önemlidir.

Özet (Çeviri)

As part of the thesis, the structures of p-cSi/PSi/ReS2/graphene and graphene/ReSe2/ReS2 were simulated using the SCAPS-1D software package. For the simulated graphene/ReSe2/ReS2 structure, higher performance was achieved compared to the p-cSi/PSi/ReS2/graphene structure. At 550 nm, an EQE of 96.37% was achieved, and at 790 nm, a responsivity of 0.54 A/W was obtained. For this reason, the graphene/ReSe2/ReS2 structure was experimentally produced. Additionally, in addition to this structure, graphene/ReSe2/ReS2/graphene was experimentally fabricated and investigated. The 2D ReSe2 and ReS2 used in the fabrication were synthesized via the CVD method. The CVD method was preferred due to its capability to produce high-quality ReX2 structures with scalable growth suitable for device applications. The graphene electrodes were derived from commercially purchased graphene films. These films were transferred onto a SiO2/p-Si substrate using PMMA-assisted wet transfer. Subsequently, graphene stripes of the desired dimensions were patterned using photolithography and ICP-RIE etching. The ReSe2 and ReS2 flakes, grown in a controlled manner via the CVD technique to suit the device architecture, were sequentially stacked over the graphene stripes on the SiO2/p-Si substrate using PDMS-assisted dry transfer. After metallization, the photodetector structure was completed. A comprehensive literature review revealed no prior studies investigating the graphene/ReSe2/ReS2/graphene and graphene/ReSe2/ReS2 device architectures. The fabricated graphene/ReSe2/ReS2 photodetector demonstrated broadband photodetection performance from the visible to near-infrared spectral range (510 nm-1550 nm). This broadband response is attributed to the photon absorption and carrier generation by the graphene at frequencies beyond the cut-off of the ReSe2 and ReS2 layers, indicating that graphene functions not only as an electrode but also as an active photodetection layer at higher frequencies. A high responsivity of approximately 10^4 A/W was achieved with the fabricated photodetector. As a result, an EQE of 4.8×10^4 % and a detectivity of 3.6×10^12 Jones were calculated. Additionally, it was observed that the fabricated device could operate in a self-driven mode without requiring an external power supply. The ability of the device to detect across a broad wavelength range is significant for applications in advanced technologies such as quantum communication, autonomous vehicles, smart agriculture, night vision systems, and space or satellite-based sensing. Moreover, its self-powered operation highlights its potential for energy efficient optoelectronic applications.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    482442

    Electronic, magnetic and mechanical properties of novel two dimensional monolayer materials

    Yeni iki boyutlu tek katmanlı malzemelerin elektronik, manyetik ve mekanik özellikleri

    MEHMET YAĞMURCUKARDEŞ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. RAMAZAN TUĞRUL SENGER

    DOÇ. DR. HASAN ŞAHİN

  2. Tez No

    779176

    Grafen ve grafen benzeri iki boyutlu Dirac malzemelerinde elektronların elektrostatik ve manyetik hapsi

    Electrostatic and magnetic confinement of electrons in graphene and in two dimensional Dirac materials like graphene

    İSMAİL BURAK ATEŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Fizik ve Fizik MühendisliğiAnkara Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞENGÜL KURU

  3. Tez No

    405195

    The growth of epitaxial graphene for two-dimensional electronics

    İki boyutlu elektronik aygıtlar için epitaksiyel grafen büyütülmesi

    ALNAZIR IBRAHIM

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    Fizik Ana Bilim Dalı

    Assist. Prof. Dr. CEM ÇELEBİ

  4. Tez No

    624580

    The mechanical characterization of two-dimensional materials (WS2, MOS2, and graphene) and the effect of defects on young`s modulus of CVD grown single-layer graphene

    İki boyutlu malzemelerin (WS2, MOS2 ve grafen) mekanik karakterizasyonu ve tek tabakalı grafeninin young katsayısının kusur yoğunluğu ile değişimi

    BEGIMAI ADILBEKOVA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Mühendislik Bilimleriİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)

    YRD. DOÇ. DR. AYKUTLU DANA

  5. Tez No

    275080

    Boron nitride and graphene 2D nanostructures from first-principles

    Boron nitrür ve grafen iki boyutlu nanoyapıların temel prensipler metodu ile incelenmesi

    RASİM VOLGA OVALI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2010

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. OĞUZ GÜLSEREN

Geri Dön