Grafen esaslı elektronik devre elemanlarının elektriksel karakteristiklerinin incelenmesi
Investigation of electrical characteristics of graphene based field effect transistors
Yazar: BEHİYE BOYARBAY KANTAR
Danışman: PROF. DR. ENİSE AYYILDIZ ; PROF. DR. HİDAYET ÇETİN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Grafen, iki boyutlu hekzagonal kristal yapısında düzenlenmiş sp2 bağlı karbon atomlarının tek tabakası olarak tanımlanmaktadır. Mükemmel mekanik, elektrik ve ısıl özelliklerinden dolayı grafen gelecekteki elektronik için mükemmel bir aday olarak gösterilmektedir. Büyük yüzey alanı ve yüksek mobilitesinden dolayı grafenin en ümit verici uygulamalarından biri gaz sensörlerdir. Bu tez çalışmasında grafen numuneler mekanik ayrılma yöntemi kullanılarak üretilmiş ve 285 nm SiO2 kalınlıklı temizlenmiş Si alttaşı üzerine transfer edilmiştir. Si/SiO2 alttaşı üzerindeki grafen numunelerin yeri, optik mikroskop kullanılarak belirlenmiştir. Üretilen grafenin tek tabakalı oluşu Raman spektrumu ile doğrulanmıştır.  Grafenin elektriksel özelliklerini incelemek ve gazlara olan duyarlığını belirlemek için fotolitografi ve lift-off işlemleriyle grafen alan etkili transistörler (GAET) üretilmiştir. GAET üretiminde metalizasyon fiziksel buhar biriktirme tekniği ile yapılmıştır. GAET' lerin vakum ve atmosfer ortamındaki IDS-VG transfer karakteristiği incelendiğinde ambipolar iletim davranışı sergilediği görülmüştür. Ayrıca GAET'lerin oda sıcaklığında, 90 ve 120 °C sıcaklıklarında CO, NH3 ve H2 gazlarına olan sensör tepkileri incelenmiştir.  Oda sıcaklığında CO ve H2 gazlarına karşı anlamlı tepki gözlenemezken 120°C de tepkiler gözlenmiştir. Gaz sensör hassasiyetinin, hedef gazın cinsi ve test sıcaklığı ile ilişkili olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
Graphene is defined as a single layer of sp2 bonded carbon atoms which are arranged in two dimensional hexagonal crystal structure. Graphene is considered as an excellent candidate for next generation electronic applications because of its extra ordinary mechanical, electrical and thermal properties. Graphene gas sensors are the most promising features of graphene applications due to large surface are application and extremely high carrier mobility of graphene. During dissertation study, graphene samples were prepared usin gmechanical exfoliation method and transferred to a cleaned Si wafer with 285 nm SiO2 oxide thickness. Optical microscopy was used to determine the location of graphene samples on Si/SiO2 wafer. The formation of single layer of produced graphene were confirmed by Raman spectroscopy. Grafen field effect transistors (GFETs) were fabricated using photolithography and lift-off processes to investigate the electrical characteristic and gas sensor properties of graphene. Metalizations in GFET production were made by using the physical vapor deposition technique. When the IDS-VG transfer characterictics of GFETs in vacuum and atmosphere environments were examined, it had been shown to exhibit ambipolar transport behaviors. Gas sensing behaviors of graphene field effect transistor was examined under different gases (NH3, CO, H2) at both room temperature and different temperatures (90 oC and 120 oC).  While the response of the GFET to H2 and CO gases was observed at 120 oC, the response for NH3 gas was observed at room temperature. It was found that gas sensing sensitivity was related to type of target gas and test temperature.