Geri Dön

Field-effect transistors and optoelectronic devices based on emerging atomically thin materials

Gelişmekte olan atomik incelikteki malzemeler bazlı alan etkili transistörler ve optoelektronik cihazlar

PDF İndir

  1. Tez No: 997627
  2. Yazar: SELİM ÜNAL
  3. Danışmanlar: PROF. DR. SAVERİO RUSSO, PROF. DR. MONICA CRACIUN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2017
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Unıversıty Of Exeter
  10. Enstitü: Yurtdışı Enstitü
  11. Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Bu tez çalışmasında, atomik incelikteki materyallerin, grafen ve volfram disulfitin (WS2) elektriksel ve optik özellikleri araştırılmıştır. Grafen yan kapılı transistörlerde iletim ve metal-WS2 yüzlerinde bulunan temas direnci sunulmuştur. Son olarak, hibrit grafen-WS2 cihazlarının optoelektronik performansı incelenmiştir. Kimyasal buhar depozisyonu (CVD) yöntemiyle üretilen atomik incelikteki yarı iletkenler, bilim insanlarının halen dikkatini çekmektedir. Bu tez çalışması için, WS¬2 gibi CVD büyütme için toksik gaz gerektirmeyen bir materyal seçilmiştir. Metal/WS2 ara yüzünde oluşan temas direncinin WS2 transistörlerinin performansını engellediği bulunmuştur. Bu tezde, bulunan temas direncinin muhtemel kaynağı belirtilmiştir. Grafen yan kapı transistoru olarak kullanılmış ve elektriksel özellikleri atmosferik ve vakum ortamında incelenmiştir. Grafen ve yan kapı grafen arasındaki yüklerin taşınması, iki grafen arasındaki sızıntı akımı kullanılarak, düşük voltajlarda Frenkel-Poole etkileşimi ile iletildiği ve 58 V ve üzerindeki voltajlarda ise Fowler-Norheim tünellemesi ile yürütüldüğü bulunmuştur. Bunun sebebi düşük voltajlarda yükler silikon oksitte (SiO2) bulunan yük engel durumlarına takılmaktadırlar. Fakat, yüksek voltajlarda yükler direk tünelleme seklinde iletilmektedirler. Son olarak, grafen-WS2 yapıların optoelektronik özellikleri iyonik polimer üst kapısı kullanılarak incelenmiştir. Bunun sonucunda 106 A/W optik duyarlılık ve milisaniye içerisinde ışığa karşılık ölçülmüştür. Bu çalışma geçiş metali-grafen transistörlerinin içinde aynı zamanda en hızlı ve yüksek duyarlılık sergileyen tek örnektir.

Özet (Çeviri)

Development of field-effect transistors and their applications is advancing at a relentless pace. Since the discovery of graphene, a single layer of carbon atoms, the ability to isolate and fabricate devices on atomically thin materials has marked a paradigm shift in the timeline of transistor technologies. In this thesis, electrical and optical properties of atomically thin structures of graphene and tungsten disulfide (WS2) are investigated. Transport in graphene side-gated transistors and contact resistance at the metal-WS2 interface are presented. Finally, the optoelectronic performance of the hybrid graphene-WS2 devices is examined. Presently, atomically thin semiconductors grown by chemical vapour deposition are of growing interest by a broad scientific community. For this work of thesis, an air stable material which requires non-toxic gases for the growth such as WS2 is selected. A considerable contact resistance at the metal/WS2 interface is found to hamper the electrical performance of WS2 transistors. The possible origin of this contact resistance is presented in this thesis. The graphene field-effect transistors with graphene side gates are fabricated by a single step of electron beam lithography and an O2 etching procedure. A comparative study of the electrical transport properties as a function of a bias applied to the side and back gate is conducted. The side gates allow for a much more efficient modulation of the charge density in the graphene channel owing to the larger maximum electric field which can experimentally be accomplished. Furthermore, the leakage between the side gate and the graphene channel is studied in a vacuum environment. It is found that the transport between graphene and the side gate is associated with Fowler-Nordheim tunnelling and Frenkel-Poole transport. More specifically, for voltages less than 60 V, the Frenkel-Poole transport dominates the transport, whereas the Fowler-Nordheim tunnelling governs the transport at higher bias. Finally, optoelectronic properties of graphene-WS2 heterostructure are explored. An ionic polymer is used as a top gate to enhance the screening of long-lived trap charges. Responsivities as large as 106 A/W under illumination with 600 nm wavelength of light are demonstrated at room temperature. The fall and rise time are in the order of milliseconds due to the screening of the traps by the ionic polymer. This study is the first presentation of the transition metal dichalcogenide (TMDC)-graphene hybrid heterostructure with such a high photoresponsivity and fast response times.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    694943

    Silicon carbide based nanoelectronic and optoelectronic devices for harsh environment applications

    Zorlu ortam uygulamaları için silikon karbür bazlı nanoelektronik ve optoelektronik cihazlar

    HABEEB MOUSA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMarmara Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. KAŞİF TEKER

  2. Tez No

    540995

    Design, synthesis, and characterization of functional organic materials for optoelectronic applications

    Optoelektronik uygulamalar için fonksiyonel organik malzemelerin dizaynı, sentezi ve karakterizasyonu

    MEHMET ÖZDEMİR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    KimyaAbdullah Gül Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HAKAN USTA

  3. Tez No

    605300

    Optoelektronik cihazların modellenmesi için III-V bileşiklerinin fiziksel özelliklerine sıcaklığın ve basıncın etkisi

    The effect of temperature and pressure on the physical properties of III-V compounds for modeling optoelectronic devices

    ERDİNÇ CEMAL KOCAMAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Mühendislik BilimleriKarabük Üniversitesi

    Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İDRİS KABALCI

  4. Tez No

    406294

    Organik alan etkili transistörlerin üretimi ve karakterizasyonu

    Fabrication and characterization of organic field effect transistors

    HİDAYET GÖK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Fizik ve Fizik MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AHMET ALTINDAL

  5. Tez No

    970939

    Synthesis of thienothiophene based materials and investigation of their electronic and optoelectronic properties

    Tiyenotiyofen bazlı malzemelerin sentezi ve elektronik ve optoelektronik özelliklerinin araştırılması

    ESRA ŞAHİN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TURAN ÖZTÜRK

Geri Dön