Magnetron saçtırma tekniği ile büyütülen MoS2 ince filmlerin optik karakterizasyonu

Abstract

Son yıllarda, ekonomik ve yüksek performanslı gelecek nesil cihazlara karşı artan talebi karşılamak için yeni malzeme çalışmaları çoğalarak devam etmektedir. Grafenin kazandığı büyük başarı, olağanüstü özellikleri olan diğer atomik tabakalar oluşturabilen malzemelerin gelişimi için de itici güç olmuştur. Sıfır bant aralığına sahip yarı metalik grafenin aksine, MoS2, WS2 gibi grafene benzer birkaç iki boyutlu geçişli metal dikalkogid malzeme yarıiletken özellik göstermektedir. Bunlar ayarlanabilir elektronik yapı, yüksek katalitik reaktivite ve mükemmel mekanik ve termal kararlılık, sıradışı optik ve enerji toplama gibi benzersiz fiziksel ve kimyasal özellikleriyle yeni nesil teknolojilerde anahtar malzeme olarak önerilmektedirler. Özellikle MoS2 için yapılan çalışmalarda farklı tekniklerle elde edilen malzeme özellikleri ve aygıt yapılarının umut verdiği bildirilmiştir. Fonksiyonel MoS2 tabanlı malzemeler enerji, savunma gibi alanlarda ihtiyaç duyulan gelecek nesil bütünleşmiş devre transistör, memristör, dedektör, ince film güneş pilleri, foto algılayıcılar, sensörler gibi optoelektronik aygıtlar için çekici özelliklere sahiptir. Yeni nesil aygıtların gelişmesinin sürekliliği aygıt performans iyileşmesine ve ekonomik olmasına bağlıdır ve bu malzemelerle ilgi yapılan çalışmalar henüz başlangıç aşamasındadır. Tez çalışmasında gerek elektriksel gerekse optik özellikleriyle önerilen ve ilerde ticarileşmesi öngörülen malzeme grubundan olan MoS2 tabanlı film malzemelerinin geliştirilmesi ve bunların özellikle geniş yüzeylerde çalışılması önem taşımaktadır. MoS2 tabanlı ince film malzemelerin radyo frekansı (RF) atom saçtırma tekniği kullanılarak üretilmesi ve elde edilen filmlerin üretimden hemen sonra optik özelliklerinin belirlenmesi ve aynı zamanda nano yapı, kompozisyon, yüzey özelliklerinin seçilen filmler için birbirini tamamlayıcı yöntemlerle analiz edilerek bu verilerin birbirleriyle korelasyonunun sağlanması önem taşımaktadır. Literatürde atom saçtırma yöntemi kullanılarak geliştirilen MoS2 tabanlı malzemeler geniş yüzeyler üzerine tribolojik ve fotodedektör uygulamalarıyla bulunsa da sınırlı sayıda çalışma bulunmaktadır. Çalışmada, özellikle yüksek kristalliğe, optik spektral duyarlılığa sahip, kusur düzeylerinin kullanılan yöntemlerle kontrol edilebildiği malzemelerin geliştirilmesi ve bunun yanında optik band aralığı gibi optik malzeme özelliklerinin yapılan ölçümlerden çıkartılması amaçlanmaktadır. Tezde elde edilen veriler, bu malzeme tabakalarının aktif katman olarak önemli rol oynadığı özellikle sensör gibi aygıt yapılarının yüksek verimliliğe sahip etkin eleman olarak geliştirilmesi için öncü olacaktır.Recently, new material studies have continued to meet the increasing demand for economical and high-performance next-generation devices. The great success of graphene has been an impetus for the development of materials that can form other atomic layers with extraordinary properties. Unlike semi-metallic graphene, which has a zero-band gap, several two-dimensional transitional metal dichalcogenide materials, such as MoS2 and WS2, show semiconductor properties. These materials are recommended as key materials in new generation technologies due to their unique physical and chemical properties such as tunable electronic structure, high catalytic reactivity, excellent mechanical and thermal stability, and extraordinary optical properties. It has been reported that material properties and device structures obtained with different techniques are promising, especially in studies conducted for MoS2. Functional MoS2-based materials also have attractive properties for optoelectronic devices such as integrated circuit transistors, memristors, detectors, thin-film solar cells, photodetectors, and sensors in fields like energy and defense. The continuity of the development of new generation devices depends on device performance improvement. However, studies on these materials are still in the early stages. The following thesis research will examine the development of MoS2-based thin film material, which are recommended for both their electrical and optical properties. Such materials are expected to be commercialized in the future, and to work on them, especially on large surfaces is important. To produce MoS2-based thin film materials using the radio frequency (RF) atom sputtering technique and determine the optical properties of the resulting films immediately after production, analyze the nanostructure and composition of the selected films with complementary methods, and correlate these data with each other will contribute to the literature. Although there are several reports on MoS2 thin film development using sputtering method, their number is limited. The aim of the study is to develop MoS2 thin film material which has high crystallinity, optical spectral sensitivity, and whose defect levels can be controlled by the process parameters. The data obtained in the researc