İki boyutlu malzemeler tabanlı elektronik ve optoelektronik aygıtlar

Bu tez çalışmasında, iki boyutlu (2B) malzemeler üzerine, bir çok karakterizasyon metodu kullanılarak kapsamlı bir araştırma yapılmıştır. 2B yapılar, bizim tarafımızdan kurulmuş kimyasal buhar biriktirme (KBB) sistemi ile büyütülmüş, büyütme parametreleri ve konfigürasyonları optimize edilmiştir. Bu malzemelerin tek katmanlarının yanı sıra, farklı tek katmanlardan oluşan heteroyapılar da üretilmiş ve Raman ve Fotolüminesans (PL) spektroskopi yöntemleri ile incelenmişlerdir. Grafen üzerine yerleştirilmiş MoS2'nin PL şiddetinin, tek katman haline oranla, grafen ve MoS2 arasındaki yük geçişinden kaynaklı 10 kat sönümlendiği görülmüştür. Ayrıca, grafen yüzeyinde yüksek yoğunluktaki çekirdeklenme noktalarından kaynaklı olarak, grafen üzerine doğrudan MoS2 büyütme işlemi, nanometre boyutlarında tek katman yapraklar ve mikrometre boyutlarında kalın MoS2 yığınları ile sonuçlanmıştır. Bunlara ek olarak, KBB ile büyütülmüş MoS2 nin uzun dönem dayanıklılığı incelenmiştir. Yüksek yoğunluktaki çekirdeklenmeden dolayı yüksek büyüme hızı ile büyümüş MoS2 yapılarının normal ortam koşulları altında kararsız oldukları ortaya konmuştur. Bu nedenle, düşük büyüme hızı sağlayan özgün bir büyütme konfigürasyonu önerilmiş ve bu önerilen metodun yetkinliği, uzun dönem gözlemler, termal yaşlandırma deneyleri ve yoğunluk fonksiyonelleri teorisi hesaplamaları ile kanıtlanmıştır. Ayrıca, MoS2 ve WS2'nin FET aygıt performansları, özdeş koşullarda koşulları altında incelenmiş ve bu cihazlar, sırası ile ~104 ve ~105 gibi akım AÇ/KAPA oranları ve yine sırası ile 1.45 ve 0.98 cm2V-1s-1 gibi nispeten yüksek taşıyıcı mobiliteleri göstermişlerdir. WS2 tabanlı aygıtların, ortam koşullarına karşı daha hassas oldukları ortaya çıkarılmıştır. Bunlara ek olarak, performans artırma metodu olarak, MoS2 tabanlı fototransistorler, kolloidal kuantum kuyuları ile hassaslaştırılmış ve enerji transeri yoluyla yükseltilmiş soğurmadan kaynaklı ~11 katlık bir foto-duyarlılık artışı elde edilmiştir.