Optoelektronik uygulamalara yönelik iki boyutlu metal halojenür ve geçiş metali dikalkojenit malzemelerin üretimi ve incelenmesi

Optoelektronik cihaz performansını Moore yasasının ölçeklendirme sınırlarının ötesine ulaştırmak için yeni malzemelere ve cihaz mimarisine dayalı teknolojilere ihtiyaç vardır. Atomik boyuttaki ince yapıları ve oluşan kuantum hapsetme etkileri sebebiyle iki boyutlu (2B) yarıiletken malzemeler, yüksek yüzey-hacim oranı, geniş optik soğurma bant aralığı ve yüksek yük mobilite değeri gibi önemli yapısal ve elektronik özelliklere sahip olabilmektedir. Tez kapsamında, optoelektronik uygulamalar açısından önemli sonuçlar verme potansiyeline sahip metal halojenür 2B bizmut triiyodür (BiI3) ve geçiş metali dikalkojenit tek katmanlı 2B molibden disülfür (MoS2) malzemelerin yüksek kristallikte ve geniş alanlı üretimleri yapılmıştır. Malzemelerin sentezi aşamasında fiziksel buhar taşınımı, altın katman destekli eksfoliasyon ve kimyasal buhardan biriktirme yöntemleri kullanılmıştır. Malzemelerin ayrıntılı yapısal ve optik incelemeleri optik görüntüleme, taramalı elektron mikroskopisi/enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi, X-ışını difraktometrisi, atomik kuvvet mikroskopisi, 3B lazer taramalı eş odaklı mikroskopi, optik absorpsiyon spektroskopisi, Raman spektroskopisi ve fotolüminesans (PL) spektroskopisi yöntemleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Her iki malzemenin de yüksek kristallik özelliklerinin ortaya çıkarılmasının yanı sıra dolaylı enerji bant yapısından doğrudan bant yapısına geçtiği PL ve Raman analizleri ile gösterilmiştir. BiI3 nanokristalleri onlarca mikron geniş yanal alanlı, 10 nanometrenin altında kalınlıkta katmanlı yapıda ve kristallik özelliklerini koruyacak şekilde üretilebilmiştir. BiI3 nanokristallerde kalınlığa bağlı olarak 576 nanometreye kadar PL kayması gözlenmiştir. Ayrıca, büyütme basıncı, sıcaklığı ve sürenin kristal büyümesine etkileri incelenerek 25 Torr, 290 oC ve sıfır dakika bekleme süresinin ince kristal oluşumu için optimum koşul olduğu görülmüştür. Diğer taraftan, MoS2 nanokristalleri tek katman kalınlığında (0.64 nm) ve onlarca mikron geniş yanal alanlı olarak sentezlenmiştir. Ayrıca, santimetre boyutunda tek katman MoS2 filmler de bu tez çalışmasında üretilmiştir. Raman modları arasındaki farkın üçgensel prizma kristaller ve film için sırasıyla 21.14 ve 19.66 cm-1 olduğu gösterilerek tek katman üretimi teyit edilmiştir. PL tepe noktalarının ise sırasıyla 680 ve 645 nm olduğu analizler sonucunda ortaya çıkarılmıştır. Tez kapsamında, bir veya birden fazla katmanlı yapıdaki 2B metal halojenür ve geçiş metali dikalkojenit nanoyapıların üretilmesi ve detaylı incelemelerinin yapılması ile bu malzemelerin yapısal ve optik özelliklerine dair bilgi havuzuna katkı sağlanmıştır.