Akademik Veri Yönetim Sistemi
TÜBİTAK Projesi, 2021 - 2024
Bu araştırma projesinde, iki boyutlu (2B) formlarıyla sıra dışı özelliklere sahip olan Geçiş Metali Dikalkojenit (Transition Metal Dichalcogenides, TMDC) ailesinden olan MoTe2 yarıiletkeni ve mikro elektromekanik sistem (MEMS) tabanlı ışıma dalgaboyu ayarlanabilen p-n eklem 2B MoTe2/MEMS hibrit ışık yayan diyot (Light Emitting Diode, LED) üretilmesi amaçlanmaktadır. Üretilecek olan aygıtın aktif bölgesini gerçek 2B yarıiletken MoTe2 oluşturacak olup, bant aralığı tabaka sayısına bağlı olarak 1 eV (külçe) ile 1.083 eV (tek tabaka) arasında değişmektedir. Geliştirilecek olan aygıtın ışıma dalgaboyunun straine göre değişimi MEMS yardımıyla elde edilecektir. Sonlu elemanlar yöntemiyle gerçekleştirdiğimiz simülasyon çalışmalarında MEMS üzerinde 100nm kadar bir değişimin 2 μm uzunluğundaki 2B MoTe2 üzerinde %5 strain oluşmasına neden olacağı belirlenmiş olup, bu strain altında 2D MoTe2’in absorbsiyon/emisyon dalgaboyunda 500 nm’ye kadar kırmızıya kayma oluşacağı gösterilmiştir. Proje sonunda üretilmesi amaçlanan hibrit aygıt ile 1.2 μm ile 1.70 μm arasında dalgaboyu değiştirilebilir yeni nesil bir LED üretilmiş olacaktır. Hibrit p-n eklem 2B MoTe2/MEMS LED yapısı mekanik olarak soyulmuş, n- ve p-tipi katkılanmış 2B MoTe2 yarıiletkeni ile 200 nm kalınlığında Si3N4 üzerinde oluşturulan 250 μm uzunluğunda 2 μm genişliğinde üretilen barın(beam) dikey hareketine dayalı çalışan MEMS aygıtının bir araya getirilmesiyle oluşturulacaktır. Böylece nihai hedef olarak da “dalgaboyu ayarlanabilir p-n eklem 2B MoTe2/MEMS hibrit ışık yayan diyot” yapısı üretilmesiyle özgün bir çalışma olacaktır.
Strain 2B malzemelerin bant yapısı modifikasyonunda oldukça yararlı bir araç olup, literatürde 2B yapıların bant yapısına strain etkisinin incelenmesinde değişken strain yerine kalıcı strain kullanılmıştır. Proje önerisinde strainin kontrollü olarak değiştirilmesiyle, yani kontrollü bir strain uygulanmasıyla, ışıma dalgaboyunun ayarlanması projenin özgün yönlerinden biridir. Ayrıca 2B malzemeler üzerinde kontrollü strain yaratmak için MEMS teknolojisinin kullanılması da straintronik alanına bir araç (tool) önerilmesi açısından bir özgünlüktür. Aygıtın strain etkisiyle 1.2-1.70 μm aralığında dalgaboyu ayarlanabilir yaptığı ışıma fiber optik haberleşmesinin her iki penceresini de (1.3 μm ve 1.55 μm) kapsamaktadır. Geliştirilen yeni nesil LED, IR teknolojisinin yer aldığı her türlü ışık kaynağı sistemi için de bir alternatif olma potansiyeline de sahiptir. Proje önerisinin mevcuda yapacağı en önemli katkı ise; 2B malzemeler üzerinde kontrol edilebilir değişken bir strain yaratmak için MEMS aygıtının kullanılması ve 2B malzemenin bant aralığındaki kayda değer değişimin kontrolüyle literatürde ilk defa yeni nesil kompakt, fonksiyonel dalgaboyu ayarlanabilen 2B TMDC tabanlı LED aygıtının üretilecek olmasıdır.
36 ay sürecek bu proje ile dalgaboyu ayarlanabilir p-n eklem 2B MoTe2/MEMS hibrit LED üretimi gerçekleştirilerek, karakterizasyonu yapılacaktır. Proje yürütücüsü, TÜBİTAK 2219 Doktora Sonrası Araştırma Bursu projesi kapsamında konuk araştırmacı olarak bulunduğu York Üniversitesi’nde Dr. Yue Wang ile 2B malzemelerin fabrikasyonu, optik ve elektriksel karakterizasyonu konularında deneyim kazanmıştır. Bu proje York Üniversitesi’nde başlayan çalışmaların devamı niteliğinde olup, çıktılarının yüksek etki faktörlü dergilerde yayına dönüşme ve geliştirilecek olan özgün aygıtların patentlenebilir olma potansiyeli çok yüksektir. Ayrıca bu proje York Üniversitesi “2D Photonics Research Group” ile olan işbirliğimizi pekiştirecek olup, yeni uluslararası proje önerilerin de önünü açacaktır. Proje kapsamında sürdürülecek çalışmalar temiz oda donanımlarını hemen hepsini kapsayan litografi süreçleri ile 2B malzemelerin ve onlara dayalı optoelektronik aygıtların optik ve elektriksel karakteriasyonu olup, bu süreçlere dahil olan bursiyerler ülkemizin mikro/nanoteknoloji, optoelektronik ve ileri malzemeler gibi kritik teknolojilerde nitelikli olarak yetişmiş insan gücüne de katkı sağlayacaktır.