Colloidal heterostructures of semiconductor quantum wells: Synthesis, characterization and applications
Koloidal yarıiletken kuantum kuyularının heteroyapıları: Sentezlenmesi, karakterizasyonu ve uygulamaları
- Tez No: 463665
- Danışmanlar: PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Bilim ve Teknoloji, Mühendislik Bilimleri, Energy, Science and Technology, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Son zamanlarda nanolevhalar olarak da bilinen koloidal yarıiletken kuantum kuyuları, büyüleyici eksitonik özellikleri ile kolloidal yarıiletken nanokristallerin yeni bir sınıfı olarak ortaya çıkmıştır. Epitaksiyal olarak büyütülmüş kuantum kuyularına benzeyen iki boyutlu yapısıyla, atomik düzeyde yassı olan bu nanolevhalar diğer kolloidal yarıiletken nanokristallerle karşılaştırıldıklarında dar ışıma aralıklarına, çok yüksek doğrusal ve doğrusal olmayan soğurma kesitlerine ve oldukça hızlı ışıma yaşam sürelerine sahiptirler. Bu dikkat çekici özellikler, bu nanolevhaların basit yapıları kullanılarak düşük eşik değerine sahip optik kazanç ve yüksek renk saflığı elde edilmesini sağlamıştır. Bu kolloidal nanolevhalarn faydalarından daha fazla yararlanmak ve yeni nesil optoelektronik aygıtlar geliştirmek için, üstün eksitonik özellik gösteren yenilikçi mimarilere sahip nanolevhalar büyük rağbet görmektedir. Bu tezde, bu ihtiyaçları karşılamak için, yenilikçi mimari yapılara sahip nanolevhalar önerdik ve gösterdik. Bu tez, bu heteroyapıların rasyonel tasarım unu içermektedir. Çekirdek/kabuk mimarisine sahip nanolevhaların düşük ışıma verimliliği ve dayanıklılık sorunlarını gidermek için, kutu içinde kuantum levha mimarisini andıran CdSe/CdS/CdS çekirdek/taç/kabuk nanolevhalarını başarıyla sentezledik. Bu gelişmiş yapıya sahip nanolevhaların, ışıma ve dayanıklılıklarını önemli ölçüde geliştirerek, düşük eşik değerine sahip optik kazanç elde edilmesini sağladık. Ancak, bu nanolevhalarda sadece dikey boyutta gözlemlenen kuantum sınırlamasından dolayı, koloidal nanolevhalarn bu heyecan verici eksitonik özellikleri sınırlı bir spektral aralkta elde edilebilmiştir. Tezde, alaşımlı çekirdek/taç ve alaşımlı çekirdek/kabuk yapıları ile birlikte homojen olarak alaşımlanmış CdSexS1-x nanolevhalarını geliştirerek, çok geniş bir spektral aralıkta ayarlanabilir eksitonik özellikler elde etmeyi ve bu nanolevhalardan elde edilen optik kazancın spektral aralığını genişletmeyi başardık. Tip-I elektronik yapıya sahip nanolevhalara ek olarak, eşsiz eksitonik özellikler sergileyen Type-II elektronik yapıya sahip olan CdSe/CdTe çekirdek/taç nanolevhalarn çok düzgün bir şekilde sentezlenmesini de gosterdik. Ayrıca, Type-II elektronik yapısının oluşumunu detaylı bir şekilde incelemek için, taç bölgesinin kompozisyonunu kontrollu bir şekilde ayarlayarak, CdSe/CdSe1-xTex çekirdek/taç nanolevhalarını sentezledik. Nanolevhaların dikey kalınlıklarını değiştirmeden, geniş bir spektral aralıkta ayarlanabilen eksitonik özellikler elde ettik ve bu yapıya sahip nanolevhalarla yüzde yüze yakın ışıma verimliliğine ulaştık. Önerilen farklı mimarilere sahip nanolevhalar ile birlikte bu tezin bulgularının, yüksek performans cihazlar inşa etmekte kullanılacak yüksek verimliliğe ve dayanıklılığa sahip nanolevhaların sentezi icin onemli bir kılavuz ve ilham kaynağı olacağına inanıyoruz. Bu gelişmiş yapıya sahip olan koloidal nanolevhalar muhtemelen epitaksiyal olarak büyütülen ve yaygın bir şekilde kullanılan kuantum kuyularına karşı ileride çok güçlü bir rakip olacaktır.
Özet (Çeviri)
Colloidal semiconductor quantum wells, also known as nanoplatelets (NPLs), have recently emerged as a new class of colloidal semiconductor nanocrystals enabling fascinating excitonic properties. With their quasi two-dimensional structure resembling epitaxially-grown quantum wells, these atomically-flat nanoplatelets exhibit narrow emission linewidths, giant linear and nonlinear absorption cross-sections, and ultrafast fuorescence lifetimes when compared to other classes of semiconductor nanocrystals. These appealing features have led to achievement of low lasing thresholds and high color purity by using simple heterostructures of these NPLs. To further exploit the benefits of these solution-processed NPLs and develop next-generation colloidal optoelectronic devices, novel heterostructures of NPLs with superior excitonic properties are in high demand. In this thesis, to address these needs, we proposed and demonstrated novel heterostructured NPLs. This thesis includes the rational design and systematic synthesis and characterization of these hetero-NPLs. To overcome the lower photoluminescence quantum yield (PL-QY) and stability issues of core/shell NPLs, we successfully synthesized CdSe/CdS/CdS core/crown/shell NPLs resembling platelet-in-a-box. With this advanced architecture, we accomplished substantially enhanced PL-QY and absorption crosssection as well as stability, allowing for the achievement of low-threshold optical gain. However, due to the pure vertical confinement observed in these NPLs,these exciting excitonic features of NPLs suffered from the limited spectral tunability. By developing homogenously alloyed CdSexS1-x NPLs together with their alloyed core/crown and alloyed core/shell heterostructures, we succeeded in obtaining highly tunable excitonic features and further extending tunability of the optical gain from these NPLs. In addition to the NPLs having Type-I electronic structure, we demonstrated the highly uniform growth of CdSe/CdTe core/crown NPLs having Type-II electronic structure exhibiting unique excitonic properties. Additionally, to realize the evolution of Type-II electronic structure, we synthesized CdSe/CdSe1-xTex core/crown NPLs by precisely tailoring the composition of the crown region. Without changing their vertical thicknesses, we achieved again highly tunable excitonic features and near-unity PL-QY from these hetero-NPLs. Based on the proposed architectures of these heteronanoplatelets, we believe the findings of this thesis provide important guidelines and inspiration for the synthesis of highly e fficient and stable heterostructured NPLs to construct high-performance colloidal optoelectronic devices, possibly challenging their conventional epitaxially-grown counterparts.
Benzer Tezler
- Synthesis and characterization of colloidal quantum wells: From simple size-tuned core to complex multi-crown structures
Koloidal kuantum kuyularının sentezi ve karakterizasyonu: Basit boyutları ayarlanabilir çekirdekliden karmaşık çoklu taçlı yapılara
DİDEM DEDE
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Mühendislik Bilimleriİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Optical gain and lasing of colloidal semiconductor quantum wells intimately integrated into optical cavities
Optik çınlaçlar içinde yakinen tümleştirilmiş koloidal yarıiletken kuantum kuyularının optik kazancı ve lazer eylemi
MUSTAFA SAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Semiconductor nanoplatelet heterostructures enhanced via combinations of colloidal atomic layer deposition and hot injection shell growths
Koloidal atomik katman kaplama ve sıcak enjeksiyon kabuk kaplama yöntemlerinin birleşimiyle geliştirilen yarı iletken nanolevha heteroyapıları
ULVIYYA QULIYEVA
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Production and characterization of CdSe based binary/binary and ternary/binary heterostructure multi shell quantum dots
CdSe tabanlı ikili/ikili ve üçlü/ikili heteroyapı çok tabakalı kuantum noktalarının üretimi ve karakterizasyonu
HADI SEDAGHAT PISHEH
Doktora
İngilizce
2017
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİ ÜNLÜ
- Metalik nanopartiküllerin kendiliğinden düzenlenmesiyle üretilen heteroyapıların plazmonik ve yapısal özelliklerinin incelenmesi
Fabrication of heterostructures by self assembly of metallic nanoparticles and investigation of plasmonic and structural properties
SAMİ PEKDEMİR
Doktora
Türkçe
2019
Mühendislik BilimleriErciyes ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA SERDAR ÖNSES