Semiconductor nanoplatelet heterostructures enhanced via combinations of colloidal atomic layer deposition and hot injection shell growths

Nanolevhalar olarak da bilinen kolloidal kuantum kuyuları, kolloidal optoelektronik ve nanofotonik alanlarındaki önemli yarı iletken nanokristal malzeme gruplarından biridir. Atomik boyutları ve levhayı andıran düz yapıları sayesinde bu malzemelerin optik özellikleri istenildiği şekilde değiştirilebilir ve yine aynı sebepten ötürü bu malzemeler dev osilatör gücü gibi benzersiz özelliklere sahiptirler. CdS, CdSe ve CdTe, çekirdek şeklinde sentezlenmiş ilk yarıiletken nanolevhalar, ışık hasatı ve üretimi uygulamaları için gerekli özellikleri sergilerler. Ancak, bu optik ve kimyasal özellikler, çekirdeğin etrafında taç ve kabuk tabakaları büyütülerek iyileştirilebilir. Taç katmanı büyümesi yanal yönlerde gerçekleşirken, kabuk katmanı nanolevha yüzeyinin tamamını kaplar. Bu iki farklı katman büyütme tekniği birlikte kullanılarak yeni nanolevha heteroyapıları oluşturulabilir. Elektron ve deşik dalga fonksiyonlarının elektronik lokalizasyonuna bağlı olarak, bu hetero-nanolehvalari Tip-I ve Tip-II olarak ayrılır. Eksiton çiftlerinin sadece bir bölgeye hapsolduğu durumda Tip-I yapı oluşur ve rekombinasyon doğrudan gerçekleşir. Elektron ve deşik farklı yarıiletken katmanlarında lokalize olduğunda Tip-II yapı oluşur ve dolaylı rekombinasyon gerçekleşir. Bu tez çalışmasında, Tip-I yapıya sahip CdSe/ZnS ince ve kalın-kabuk nanolehva heteroyapıları ilk defa sıcak enjeksiyon yöntemi kullanılarak yapılmıştır. Düşük kuantum verime ve düşük kimyasal ve optik kararlılığa sahip heteroyapılarla sonuçlanan kolloidal atomik katman kaplama tekniğinin aksine, sıcak enjeksiyon yöntemi ile neredeyse %100 kuantum verime sahip ve en fazla 6 defa etanolle yıkadıktan sonra bile kuantum verimi neredeyse değişmeyen nanolehvalar üretilmiştir. Öte yandan sıcak enjeksiyon yöntemi ile sentezlenen kalın-kabuk nanolevhaların, 400 K sıcaklığında kolloidal şeklinde fotolüminesans verimliliğinin %65'ini ve film şeklinde fotolüminesans verimliliğinin %52'sini koruduğunu gösteren yaşlanma testleriyle benzersiz termal ve optik yaşlanma dayanıklılığı tespit edilmiştir. Bu yüksek seviyedeki dayanıklılık, bahsi geçen nanolevhaları yüksek sıcaklık uygulamaları için kullanılmasına fırsat yaratır. Tez çalışmasının bir başka kısmı, CdS nanolevhalarının ve onların CdS / CdSe çekirdek / taç, CdS / CdZnS çekirdek / c-ALD kabuk ve CdS / CdSe / CdZnS çekirdek / taç / c-ALD kabuk heteroyapılarının sentezini de kapsamaktadır. Nanolevhalar arasında CdS yalnız mavi bölgede ışıma yapmaktadır, bu özellik lazer teknolojisinde yeni kapılar açabilir. Normalde, büyük yanal boyutları nedeniyle CdS yapısal anlamda katlanmaktadır. Bu araştırma çalışmasında, taç ve kabuk tabakası ile kaplandığında, bahsedilen nanolevha katlanmasının önüne geçilmektedir. Bu CdS / CdSe çekirdek / taç nanolevhalarında, yalnızca çekirdek yapıdaki CdS nanolevhalarıyla karşılatırıldığında, kuantum verimi %15-20'ye kadar artış göstermektedir. Nihai bulgular, bu nanolevha heteroyapılarının çeşitli kuantum mimarileri yönünden oldukça zengin olduğunu göstermektedir.