Transition metal dichalcogenide monolayers for gas sensor applications

Abstract

Son zamanlarda, geçiş metali dikalkojenit (GMK) yapıları kalınlığa bağlı elektronik ve kimyasal özelliklerinden dolayı çeşitli cihaz uygulamaları ile dikkat çekiyor. 2B GMK malzemeleri, büyük bir yüzey/hacim oranları sayesinde gaz molekülleri ile yüksek oranda etkileşime girebiliyorlar. Bir ortamda tespit edilen gazların özelliklerini tanımlamak ve ölçmek için gaz sensörleri kullanılabilir. Bu tür bir cihaz, askeri ve tıbbi teşhis gibi birçok farklı alanda gereklidir. Bu iki boyutlu TMDC materyalleri, katmana bağlı bir bant aralığına sahip yarı iletken özelliklerini göstermektedir. Transistörlerde yarı iletken GMK malzemeleri kanal malzemesi olarak kullanılabilir ve bu tip FET cihazları gaz algılama cihazları olarak kullanılabilir. Gaz sensörü uygulamalarında kullanmak için, büyük ölçekli, tek katmanlı GMK yaprak yapıları üretmek gereklidir. Bu tez çalışmasında, KBB deneylerinde katalitik olarak bir cam parçası kullanılarak, tek tabakalı ve büyük boyutlu GMK malzemelerinin büyümesi gerçekleştirilmiştir. Büyüyen örnekleri analiz ve karakterize etmek için optik mikroskop, Raman spektroskopisi, PL ölçümü ve AFM kullanılmıştır. Büyüme, Si/Si02 alt taşı üzerinde gerçekleşmiştir, böylece FET cihazı, yaprakları transfer etmeden üretebilmiştir.

Recently, transition metal dichalcogenide materials (TMDC) have drawn interest because of their layer dependent electronic and chemical features to use in various device applications. 2D TMDC materials have large interaction capacity with gases as a result of their large surface areas. Purpose of using gas sensors is to identify and quantify features of detected gases in an environment. This type of devices is essential in many different areas for example, in emission control, military and medical diagnosis. These two dimensional TMDC materials are showing properties of semiconductor with a layer-dependent bandgap. In transistor, semiconductor TMDC materials can be used as a channel material and this type of FET devices can be used as gas sensing devices. For using in gas sensor applications, it is necessary to produce large scale monolayer TMDC flake growth. In this thesis, by using a piece of glass as catalytic in CVD experiments monolayer and large scale growth of TMDC materials was carried out. The growth TMDC flakes were analyzed by optical microscopy, Raman and photoluminescence spectroscopy and atomic force microscopy. The growth was realized on the Si/SiO2 substrate, so FET device was able to produce without transferring of the flakes.