Metal-oksit nanotel tabanlı aygıtların üretimi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of metal-oxide nanowire based devices
Yazar: MUSTAFA COŞKUN
Danışman: DOÇ. DR. FATİH DUMLUDAĞ ; PROF. DR. AHMET ALTINDAL
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Karbon nanotüpün Japon bilim adamı Iijima tarafından keşfedilmesi ile beraber, nano tel, nano tüp vb. 1-boyutlu nano yapılar ilgi odağı olmuş ve yoğun olarak çalışılmaya başlanmıştır. Özellikle yüksek hızlı ve yüksek performanslı aygıt üretimi için nanoteller halen en iyi aday olarak görülmektedir. Literatürde yapılan çalışmalarda nanotel aktif katmanlı aygıtların üretimi için kullanılan yöntemlerde nanotellerin uygun bir altlık üzerinde büyütüldükten sonra başka bir altlık üzerine düzgün bir şekilde transfer edilmesi ve daha sonra elektrotların kaplanmasını gerektirmektedir. Bu durum hem  zaman ve  hem de malzeme tüketimi açısından önemli bir problem oluşturmaktadır. Bu tez çalışması ile ilk defa indiyum-kalay-çinko-oksit (ITZO) ve çinko katkılı In2O3 kompozisyonlarına sahip nanotellerin elektrotlar arasına doğrudan köprü şeklinde büyütülmesi hedeflenmiş böylece literatüre yeni çalışmalar kazandırılmaya çalışılmıştır. Bu tez çalışması kapsamında biri organik diğeri de inorganik olmak üzere iki farklı malzeme grubundan nanoteller ve mikroteller üretilmiştir. İnorganik malzemelerden indiyum-kalay-çinko-oksit (ITZO) ve çinko katkılı In2O3 kompozisyonlarında nanoteller büyütülmüş ve bu tellerin SEM, EDX ve XRD analizleri yapılmıştır. Buhar-katı-katı (VSS) metodu kullanılarak önceden desenlendirilmiş SOI (silicon-on-insulator) altıklar üzerindeki silikon elektrotlar arasına köprü şeklinde direkt büyütülen nanotellerden rezistör, memristör ve alan etkili transistör (FET)'ler üretilmiş ve bu aygıtların karakterizasyonları elde edilmiştir. İmal edilen FET lerden ITZO aktif katmanlılar p-tipi özellik gösterirken Zn katkılı In2O3 aktif katmanlı olan FET n-tipi özellik göstermiştir. Üretilen inorganik nanotel tabanlı aygıtlarda hem omik hem de doğrultucu davranış gözlemlenmiştir. Organik malzeme olarak C60, Alq3 ve H2Pz olmak üzere üç farklı organik malzeme kullanılmıştır. Organik mikrotel/çubuk ve mikro yapıların üretiminde çözelti temelli yöntemler kullanılmıştır. Bu malzemelerden C60 ve Alq3 ten elde edilen mikroteller SiO2/Si altlık üzerine transfer edilmiş ve altın elektrotlar kaplanarak FET'ler imal edilmiştir. Organik moleküllerden elde edilen FET ler de p-tip davranış gözlemlenmiştir.

Abstract:
Nanostructures, in particular one-dimensional nanostructures have attracted considerable attention and are currently under intense investigation due to their potential use in nanoscale electronic, optical, and optoelectronic devices since the discovery of carbon nanotube by Iijima. Nanowires are still seen as the best candidates, especially for high speed and high performance device manufacturing. However, in the literature, the methods used for the production of nanowire active layered devices require that the nanowires be grown on a suitable substrate and then transferred uniformly onto another substrate and then coated electrodes. This is seen as a significant problem both in terms of time and material consumption. Within the scope of this thesis, nano wires and micro-wires were produced from two different material groups, one organic and the other inorganic. Indium-tin-zinc-oxide (ITZO) and zinc-doped In2O3 nanowires were grown as inorganic material and SEM, EDX and XRD analyzes of these wires were conducted. Inorganic nanowires were directly grown between heavily doped p-type Si electrodes on prefabricated SOI wafer usin vapor-solid-solid method and their field effect transistor (FET), memristor and resistor measurements were performed. C60, Alq3 and H2Pz materials were used as organic materials. Anti-solvent diffusion method combined solvent evaporation-induced self-assembly method was employed for the fabrication of organic microwires/rods and micro structures. In order to fabricate organic microwire FET, Alq3 and C60 microwire were transfered on the SiO2/Si structure and deposited gold metal for source/drain elctrodes. Bridged ITZO nanowire active layered FETs showed p-type behavior while Zn doped one showed n-type behavior. Also we observed memristor behavior in some of ITZO nanowires. Furthermore, both ohmic and rectifier behaviors were observed in the produced inorganic nanowire resistor devices. Finally, p-type FET behavior were observed both  in Alq3 and C60 microwire.