Synthesis and characterization of Van der Waals heterostructures, and nanofabrication of electronic devices based on two-dimensional materials

Geçtiğimiz yirmi yıl içerisinde bilim dünyası sıfır-boyutlu nanoparçacık ve kuantum noktalardan, tek-boyutlu nanotel ve nanotüplere, dahası iki-boyutlu malzemelere dayalı pek çok keşif ile olağanüstü bir paradigma kayması yaşamıştır. Yukarıda bahsi geçen malzemelerin her biri istenilen özellikleri göstermek üzere işlenebilmektedir. Ancak, bu malzemelerin gerçek potansiyellerinin tamamıyla anlaşılabilmesi ve günümüz teknolojisine yakışır bir biçimde uygulamaya geçirilebilmesi yakın gelecekte mümkün görülmemektedir. 2004 yılında gerçekleşen grafen malzemesinin keşfi, bilimsel toplulukların dikkatlerini iki-boyutlu malzemelere çevirmesine neden olmuştur. Öyle ki, grafen'in sıra dışı özellikleri dolayısıyla yarattığı etki, iki-boyutlu malzemeler konusu hakkında en çok araştırma yapılan alan haline gelmiştir. Günümüzde, insanın hayal dahi edemeyeceği derecede ilgi uyandırıcı özelliklere sahip yeni iki-boyutlu malzemeler keşfedilmiştir. Buna rağmen, sahip olduğumuz teknoloji yığınsal malzemeler üzerine kurulu olduğundan, nanomalzemelerin kullanıma geçebilmesine henüz hazır değildir. Nano-boyut mertebesinde yapılan karakterizasyon çalışmalarında yakın zamanda oluşan bulgular, nanomalzemelerin detaylıca incelenebilmesi için önemli fırsatlar ortaya çıkarmaktadır. Nanomalzeme araştırmalarının bir diğer yüzü de üretim tekniklerini olabildiğince etkili hale getirme ihtiyacı olarak kendini göstermiştir. Gerçekleştirilen Ar-Ge çalışmalarında en yüksek ödeneğe sahip konuların başında elektronik ve optoelektronik yapıların kapalı ortamlarda entegre edilmeleri konusunun gelmesi bu nedendendir. Buradaki amaç daha yüksek bir işlem hızı sunarken, enerji tüketimini ve elektronik devre ebatlarını minimuma indirebilmektir. Bahse konu amaç her ne kadar uzun vadede gerçekleşecek bir plan olarak görünse de, gerekli noktaları birleştirdiğimiz ve var olan düşünce sistemimizin dışına çıktığımızda bunun yakalanmasının çok da uzak olmadığını göreceğiz. Bu çalışmada, çeşitli iki-boyutlu malzemelerin sentezi, karakterize edilmesi ve işlenmesi konularına değinilmiştir. Ayrıca molibden disülfit ve tungsten diselenit'in kimyasal buhar biriktirme yöntemiyle büyütülmeleri detaylı olarak sunulmuştur. Bu iki malzeme dışında ise, özellikleri hakkında türlü anomaliler gözlemlediğimiz henüz tanımlanamayan bir iki-boyutlu malzemeye daha rastlanmıştır. Bir sonraki adımda ise atomik incelikteki yapıları destekleyen elektronik aygıtların üretilmesi için yeni metotların geliştirilmesi gerekmektedir. Uygulanabilirliği olan bir yöntem olarak, atomik incelikteki yapıların transmisyon elektron mikroskobu ızgarasında birleştirilmesi akla gelmektedir. Böylece hem ince malzemeler mikroskop altında gözlemlenebilmekte, hem de Raman spektroskopisi ve atomik kuvvet mikroskobu gibi çeşitli karakterizasyon tekniklerine uygun hale getirilmektedir. Son olarak, yapılan bu çalışmada iki-boyutlu malzemeler üzerinde mekanik stres oluşturulmasını sağlayan yeni bir yöntem sunulmuştur. Bu sayede stres altındaki malzeme dinamik bir biçimde taramalı elektron mikroskobu altında incelebilmekte, böylece çeşitli uygulamalara yeni yollar açılmaktadır. Bunlara ek olarak, kullanılan fabrikasyon teknikleri temel olarak malzeme transferi, odaklı iyon demeti ve elektron demeti litografi teknikleri üzerine kurulmuştur.