VO2 ince film içeren iki boyutlu ve çok katmanlı yapılardaki arayüzey gerilmelerinin termokromik ve fotodetektör performanslara etkisi
Effect of interfaces and strain engineering of VO2 thin film on the performance of thermochromic and photodetector based two-dimensional and multilayer heterostructure
Yazar: MOHAMED ALI BASYOONI MOHAMED
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ YASİN RAMAZAN EKER ; DR. ÖĞR. ÜYESİ MÜCAHİT YILMAZ
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Yüksek korelasyonlu malzemelerin elektronik yapıları, manyetik özellikleri, spinleri ve mekanik gerilmeleri birbirleri ile güçlü bir şekilde ilişkilidir. Bundan dolayı metal-yalıtkan geçişleri, spin-yük ayrımı veya yüksek sıcaklık süper iletkenliğe geçiş gibi olaylar gözlemlenebilmektedir. Enerji tasarruflu malzemeler arasında, vanadyum oksit (VO2) yaklaşık 68oC kritik sıcaklığında (Tc) metal yarı iletken geçişi (MIT) sergileyen en basit oksitlerden biri olarak kabul edilir. Elektronik veya opto-elektronik alanlarında ise iki boyutlu geçiş metali dikalkojenit (TMD) malzemeleri elektrik, optik ve ayarlanabilir bant aralığı özellikleri sayesinde kullanılabilmektedir. Tek aktif katmanlı aygıtlarda düşük taşıyıcı hareketliliği veya foto-lüminesans verimlilikleri gibi çeşitli sorunlar performansları sınırlamaktadır. MoS2, MoO3 veya WO3 gibi yüksek korelasyonlu malzeme içeren çok katmanlı yapılarda ise iyileştirmeler görülmüştür. Mevcut çalışmada manyetik alan sıçratma ve kimyasal buhar biriktirme yöntemleri kullanılarak VO2 esaslı çok katmanlı yapıların termokromik akıllı cam ve foto-detektör aygıt performanslarının katman özelliklerinden nasıl etkilendiği araştırılmıştır. Özellikle katmanların stokiyometrisi (Mo/W içeriği veya W katkısı) ve kalınlığının yapıların performanslarına etkisi incelenmiştir. Çok katmanlı malzemelerin karakterizasyonu (SEM-EDS, AFM, XRD, Raman) tamamlandıktan sonra termokromik yapılarda sıcaklığın elektrik özelliklere etkisi, foto-detektör aygıtlarda ise foto-lüminesans şiddeti ve kinetiği takip edilmiştir. Tc = 36oC olarak belirlenen MoWO3/VO2+W/MoO3 yapının optimum termokromik özelliklere sahip olduğu belirlenmiştir. 60 saniye MoS2 büyütme süresiyle hazırlanan MoWO3/VO2/MoS2/Si yapıda ise en verimli foto-deteksiyonun sağlandığı tespit edilmiştir.

Abstract:
The electronic structures, magnetic properties, spin and mechanical stresses of strongly correlated materials are highly associated with each other. Therefore, phenomena such as metal-insulator transitions, spin-charge separation or transition at high temperature superconductivity can be observed. Among energy efficiency materials, vanadium oxide (VO2) is considered one of the simplest oxides exhibiting metal semiconductor transition (MIT) at a critical temperature (Tc) of about 68oC. In electronics or opto-electronics fields, two-dimensional transition metal dichalcogenide (TMD) materials can be used thanks to their electrical, optical and adjustable band gap properties. In single active layer devices, performance is limited due to problems such as low carrier mobility or low photo-luminescence efficiencies. Improvements have been observed in multilayer structures containing highly correlated materials such as MoS2, MoO3 or WO3. In the present study, VO2 based multilayer structures have been prepared using magnetic field sputtering and/or chemical vapor deposition methods. The effect of thin film properties especially their stoichiometry (Mo / W content or W doping) and/or their thickness on the thermochromic smart glass and the photo-detector device performance has been investigated. After their characterization (SEM-EDS, AFM, XRD, Raman), the effect of temperature on the electrical properties in thermochromic structures, and the photo-luminescence intensity and kinetics in photo-detector devices were followed. It was determined that with Tc = 36oC, MoWO3/VO2+W/MoO3 structure has the optimum thermochromic properties, while the most efficient photo-detection was observed with the MoWO3/VO2/MoS2/Si structure prepared with 60 seconds MoS2 sputtering time.