2D geçiş metali ikili kalkojenit malzemelerin kontrollü katkılanması
Controlled doping of 2d transition metal dichalcogenide materials
Yazar: MUHAMMET AYHAN IŞIK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHTAP AYGÜN ÇAĞLAR ; PROF. DR. GÜVEN TURGUT
Erzurum Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fotonik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
İki boyutlu (2D) tek tabakalı geçiş metali dikalkojenit (TMDC) malzemelerin kristal latisindeki metal atomlarının farklı bir geçiş metali ile yer değiştirilmesi ile bu malzemelerin bant aralıkları, elektriksel ve optik özellikleri değiştirilebilmektedir. Katkılanan metal atomlarının malzemede kontrollü ve üniform özellikte üretilmesi aşılması gereken başlıca zorluklardır.  Son yıllarda Janus olarak adlandırılan iki farklı kalkojen yüzeyine sahip yeni tür 2D tek tabaka TMDC'ler daha elektronegatif yüzeye dik elektriksel alana sahip oldukları için birçok uygulama için umut vadetmektedir. Ancak literatürde metal katkılı Janus TMDC malzemelerin üretimi ve karakterizasyonuna yönelik deneysel veya teorik bir çalışma bulunmamaktadır. Bu çalışma ile kontrollü olarak sırasıyla Ta ve Nb ile katkılanan WSe2 tek tabaka malzemelerinden literatürde ilk kez deneysel olarak katkılı Janus WSeS üretilmiş morfolojik, yapısal ve optik özellikleri incelenmiştir. Öncelikle Ta2O5 ve Nb2O5 tozlarından WO3 ile farklı Ta:W ve Nb:W konsantrasyonlarında kontrollü olarak homojen toz karışımlar üretilerek kimyasal buhar biriktirme yöntemiyle Ta ve Nb katkılı tek tabaka WSe2 malzemeleri büyütülmüştür. Plazma ile tek tabaka malzemelerin üst Se atomları sökülmüş ve yerinde termal sülfürleme yapılarak S tabakası ile yer değiştirilmiştir. WSe2 ve Janus WSeS ile Ta ve Nb katkılı WSe2 ve Janus WSeS malzemelerin üretildiği Raman ile, tek tabaka oldukları ise atomik kuvvet mikroskobu ile doğrulanmıştır. Elde edilen Ta ve Nb katkılı WSe2 ve Janus WSeS'nin katkısız malzemelere kıyasla yapısal ve optik özelliklerinin kontrollü katkı stratejisi ile değiştiği Raman ve Fotolüminesans spektroskopisi ile gözlemlenmiştir. Bu tez çalışması ile, tek tabaka TMDC malzemelerin kontrollü katkılanması ile yeni tür Janus malzemelerin üretilebildiği literatürde ilk kez gösterilmiştir.

Abstract:
The substitution of different transitional metal atoms in the crystal lattice of two-dimensional (2D) monolayer transition-metal dichalcogenide (TMDC) materials allows for tuning of the band structure and electrical, optical, and catalytic properties of the materials. There are still obstacles in synthesizing doped metal atoms in 2D materials in a controlled and uniform manner, which must be overcome. Janus TMDC materials have recently sparked the interest of a variety of applications because symmetry-breaking generates an electric field due to the electric field perpendicular to the more electronegative surface.  There is no literature on the synthesis and characterization of metal-doped 2D Janus TMDC materials. In this thesis, Ta and Nb doped 2D Janus WSeS monolayers were synthesized and their morphology, structural, and optical properties were examined. First, Ta2O5 and Nb2O5 precursors were homogeneously mixed with WO3 at various Ta: W and Nb: W atom concentrations. Secondly, Ta and Nb doped 2D WSe2 monolayers were produced by the chemical vapor deposition method and then top Se layer of materials were removed by plasma and replaced by S atoms by in-situ thermal sulfurisation. Raman and atomic force microscope confirmed the existence of all 2D metal doped Janus materials in monolayer thickness, respectively. Raman and Photoluminescence spectroscopy analysis were also demonstrated that the chemical and optical properties of Ta and Nb doped WSe2 and Janus WSeS can be modified by a controlled doping strategy. As a result, this thesis demonstrates, for the first time in the literature, that a new and successful method for controlled doping of monolayer TMDC materials and the production of new types of Janus materials can be established.