Geri Dön

The design and transport properties of nano-devices based on two-dimensional semiconductors

İki-boyutlu yarı iletkenlere dayalı nano-cihazların tasarımı ve taşıma özellikleri

PDF İndir

  1. Tez No: 991188
  2. Yazar: DOĞUKAN HAZAR ÖZBEY
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. ENGİN DURGUN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Yarı iletken endüstrisi, geleneksel silikon tabanlı transistörlerin temel fiziksel ve elektrostatik sınırlarına yaklaşırken, teknolojik ölçeklemeyi sürdürebilmek için atomik kalınlıkta kanal malzemelerine geçiş zorunlu hale gelmiştir. Bu tez, iki boyutlu (2B) yarı iletkenlere dayalı nano-aygıtların tasarımı ve taşınım özelliklerine yönelik bir kavram kanıtlama (proof-of-concept) çalışması sunmakta ve bu aygıtların yeni nesil nanoelektronik için modüler bir platform olarak uygulanabilirliğini değerlendirmektedir. Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi (DFT) ile Denge Dışı Green Fonksiyonu (NEGF) formalizmini birleştiren kapsamlı, birinci ilkeler ve kuantum taşınım temelli hesaplamalı bir yöntem kullanılarak, aygıt performansı balistik taşınım sınırında sistematik biçimde incelenmiştir. Bu inceleme, nanometre ölçeklerinde kanal uzunluğu ve elektrot katkılamasının akım akışını nasıl belirlediğini açıklığa kavuşturmak amacıyla Metal-Yarı İletken-Metal (MSM) sistemleriyle başlar. Analiz daha sonra, yerleşik elektrostatik potansiyelin tünellemeye dayalı doğrultma üzerindeki etkisini yakalamak için p-n eklemlerine ilerler. Çalışma, kapı elektrotlarının etkin kontrol elemanları olarak görev yaptığı ara mimariler olan p-i-n alan etkili transistörlerle sürdürülür. Son olarak, kontakların, kanal taşınımının ve elektrostatik kontrolün bütünleşik etkilerinin tek bir aygıt kavramı içinde değerlendirildiği MOSFET mimarilerinin incelenmesiyle çalışma tamamlanır. Derin ölçeklenmiş 2B rejimde mimari optimizasyonun, malzeme seçimi kadar kritik olduğu sonucuna varılmaktadır. Özellikle, kanal malzemesinin içsel özelliklerini değiştirmeden kaynak (source) ve dren (drain) elektrostatiklerini ayarlamak ve drenden kaynaklanan alanın kanala nüfuzunu perdelemek için underlap mühendisliği pratik bir araç olarak belirlenmiştir. Sonuçlar, bu tür optimize edilmiş geometrilerin dahil edilmesinin iletim (on) durum akımlarını belirgin biçimde artırdığını ve enerji verimliliğini iyileştirdiğini göstermektedir. Ayrıca, bu iyileştirmeler aygıtların ITRS-2028 yüksek performans hedeflerini karşılamasını veya aşmasını mümkün kılmaktadır. Sonuç olarak, bu tez, atomik incelikteki yapılarının hassas elektrostatik mühendislikle birleştirilmesiyle, 2B yarı iletkenlerin yüksek performanslı transistör çalışması için olağanüstü potansiyelini gösteren prototip cihazlar sunmaktadır.

Özet (Çeviri)

As the semiconductor industry approaches the fundamental physical and electrostatic limits of traditional silicon-based transistors, the transition toward atomically thin channel materials has become imperative to sustain technological scaling. This thesis presents a proof-of-concept study on the design and transport properties of nano-devices based on two-dimensional (2D) semiconductors by evaluating their feasibility as a modular platform for next-generation nanoelectronics. Utilizing a comprehensive first-principles and quantum transport-based computational methodology that combines Density Functional Theory (DFT) with the Non-Equilibrium Green's Function (NEGF) formalism, the research systematically evaluates device performance under the ballistic transport limit. This investigation starts with Metal-Semiconductor-Metal (MSM) systems to clarify how channel length and electrode doping govern current flow at nanometer scales. The analysis then advances to p-n junctions to capture the influence of built-in electrostatics on tunneling-driven rectification. The study is followed by p-i-n field-effect transistors as intermediate architectures where gate electrodes serve as active control elements. Finally, the study is finalized with the assessment of MOSFET architectures where the integrated effects of contacts, channel transport and electrostatic control are evaluated within a unified device concept. It is evaluated that architectural optimization is as critical as material selection in the deeply scaled 2D regime. In particular, underlap engineering is identified as a practical instrument to tune source and drain electrostatics and screen drain-induced field penetration without altering the intrinsic channel material. The results demonstrate that incorporating such optimized geometries significantly boosts on-state currents and improves energy efficiency. Furthermore, these improvements enable devices to meet or surpass ITRS-2028 high-performance targets. Ultimately, this thesis presents prototype devices that demonstrate the extraordinary potential of 2D semiconductors for high-performance transistor operation when their atomically thin nature is paired with precise electrostatic engineering.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    735657

    Enerji, optik sensör ve aktif gıda paketleme alanlarında kullanılmak üzere yüzeyi işlevselleştirilmiş floresans karbon noktaların geliştirilmesi

    Development of surface functionalized fluorescence carbon dots for use in energy, optical sensor, and active food packaging areas

    MELİS ÖZGE ALAŞ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Kimya MühendisliğiMersin Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. RÜKAN GENÇ ALTÜRK

  2. Tez No

    639053

    Developing 3D-printable high performance polymer composites for thermal management applications

    3B-basılabılır yüksek performanslı polimer kompozitlerin termal yönetim sistemleri için geliştirilmesi

    YUNUS EMRE BOZKURT

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Savunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HÜLYA CEBECİ

  3. Tez No

    866799

    Preparation of biocompatible composite 3d architectures based on graphene oxide (GO) and chitosan for flexible all solid state supercapacitors

    Esnek tüm katı hal süper kapasitörler için grafen oksit (GO) ve kitosan bazlı biyouyumlu kompozit 3d mimarilerin hazırlanması

    SAEIDEH ALIPOORILEMEESLAM

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Polimer Bilim ve TeknolojisiHacettepe Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MURAT BARSBAY

  4. Tez No

    935744

    Computer based modelling and simulation of electronic and optical properties of CdSe and ZnSe based heterostructure quantum dots

    CdSe ve ZnSe tabanlı heteroyapılı kuantum noktaların elektronik ve optik özelliklerinin bilgisayar tabanlı modellenmesi ve benzetimi

    DERYA MALKOÇ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HİLMİ ÜNLÜ

  5. Tez No

    858011

    Computational design and analysis of nanostructured materials for neuromorphic engineering

    Neuromorfik mühendislik için nano yapılı malzemelerin hesaplamalı tasarımı ve analizi

    AYKUT TURFANDA

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HİLMİ ÜNLÜ

Geri Dön