Patterning and integration of graphene into semiconductor process compatible device architectures
Yarı iletken süreçlerle uyumlu cihaz mimarilerine grafen desenleme ve entegrasyonu
- Tez No: 898790
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MURAT KAYA YAPICI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mühendislik ve Doğa Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, grafen katmanlarını modellemek ve aktarmak, yüksek performanslı gerinim ölçerler oluşturmak ve oldukça duyarlı termistörler tasarlamak için yeni yöntemlerin geliştirilmesi yoluyla grafen bazlı sensörler ve cihazlar alanında yenilikçi gelişmeler sunmayı amaçlamaktadır. Birincil (Temel) hedef, grafenin olağanüstü özelliklerini kullanarak bu cihazların performansını, duyarlılığını ve uygulanabilirliğini esnek elektronikler, sıcaklık algılama ve giyilebilir teknoloji alanlarında arttırmaktıt. Bu araştırma, polidimetilsiloksan (PDMS) damgaları kullanılarak grafen için büyük ölçekli bir eksfoliasyon yönteminin geliştirilmesiyle başlamıştır. Ölçeklenebilirlik için optimize edilen bu yaklaşım, kimyasal aşındırmaya ihtiyaç duymadan grafenin verimli ve yüksek kaliteli eksfoliyasyonu ve transferini sağlamaktadır. Gelişmiş mikrofabrikasyon işlemleri kullanılarak desenli elastomer damgaların oluşturulması, 5 ila 50 mikron boyutlarında hassas ve tutarlı grafen desenlerine olanak tanıyan önemli bir başarı sağlamıştır. Ayrıca, tez, PDMS damgaları kullanarak kimyasal buhar birikimi (CVD) ile büyütülen grafen katmanlarının desenlenmesi ve transferi için güvenilir bir teknik oluşturulmuştur. Transfer edilen grafen, Raman spektroskopisi ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) kullanılarak karakterize edilerek yöntemin etkinliği doğrulanmıştır. Bu araştırma ayrıca, CVD-grafen kullanarak transfer gerektirmeyen bir üretim süreci ile SU-8 substratlar üzerinde esnek gerinim göstergelerinin tasarımı ve üretimine odaklanmıştır. Bu gerinim göstergeleri, düşük çekme gerinimi ve sıkıştırma geriniminde ~2.5 negatif gerinim katsayısı (GF) ve yüksek çekme geriniminde ̴ 5.5 pozitif GF ile yüksek duyarlılık göstermiştir. Buna ek olarak, ticari gerinim göstergesinin yanıt süresinden üç kat daha hızlı olan 0.27 saniyelik bir yanıt süresine ulaşılmıştır. Kapsamlı mekanik ve elektriksel ölçümler, çeşitli çekme ve basma gerilmeleri altında üstün performans göstererek onları çeşitli uygulamalar için uygun hale getirmiştir. Son olarak, SU-8 polimerine entegre edilmiş, yüzeye monte edilebilen yılan şeklindeki grafen kullanılarak yüksek duyarlılığa sahip bir termistör tasarlanmıştır. Negatif sıcaklık katsayısı (NTC) özellikleri ve hızlı anahtarlama davranışı ile karakterize edilen bu termistörün, hassas sıcaklık izleme ve termal anahtarlama uygulamaları için etkili olduğu gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
This thesis presents innovative advancements in graphene-based sensors and devices by developing novel methods for patterning and transferring graphene layers, creating high-performance strain gauges, and designing highly responsive thermistors. The primary objectives were to harness the exceptional properties of graphene to enhance the performance, sensitivity, and applicability of these devices in flexible electronics, temperature sensing, and wearable technology. The research began with the development of a large-scale exfoliation method for graphene using polydimethylsiloxane (PDMS) stamps. This approach, optimized for scalability, allows for efficient and high-quality exfoliation and transfer of graphene without chemical etching. Creating patterned elastomer stamps using advanced microfabrication processes was a significant achievement, enabling precise and consistent graphene patterns with dimensions of 5 to 50 microns. Further, the thesis established a reliable technique for patterning and transferring chemical vapor deposition (CVD)-grown graphene layers using PDMS stamps. The transferred graphene was characterized using Raman spectroscopy and atomic force microscopy (AFM), confirming the method's effectiveness. The thesis also focused on designing and fabricating flexible strain gauges on SU-8 substrates using CVD-graphene, employing a transfer-free fabrication process. These strain gauges demonstrated high sensitivity with a negative gauge factor (GF) of ~2.5in low tensile strain and compressive strain and positive GF of ̴ 5.5in higher tensile strain. Moreover, a response time of 0.27sec was achieved, three times faster than a commercial strain gauge response time. Comprehensive mechanical and electrical measurements showed superior performance under various tensile and compressive strains, making them suitable for various applications. Finally, a highly responsive thermistor was designed using serpentine-shaped, surface-mountable graphene integrated into SU-8 polymer. This thermistor, characterized by its negative temperature coefficient (NTC) properties and fast switching behavior, was shown to be effective for precise temperature monitoring and thermal switching applications.
Benzer Tezler
- CMOS-compatible graphene-silicon photodetectors
Başlık çevirisi yok
HAKAN SELVİ
Doktora
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiThe Unıversıty Of ManchesterPROF. DR. DANIŞMAN YOK
- Fabrication of junctionless silicon nanowire transistors via mix and match patterning based on field emission scanning probe lithography
Alan-salımlı tarama probu litografisine dayalı karıştır ve eşleştir modelleme ile bağlantısız silisyum nanotel transistörlerin üretimi
MERT ÖZDEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BURHANETTİN ERDEM ALACA
- Multiculturalism, division and planning: Lessons for urban integration and the case of Nicosia
Çok kültürlülük, bölünme ve planlama: Kentsel bütünleşme için dersler ve Lefkoşa örneği
GİZEM CANER
Doktora
İngilizce
2014
Şehircilik ve Bölge Planlamaİstanbul Teknik ÜniversitesiŞehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FULİN BÖLEN
- A Comparison of three self-construal conceptualizations and scales with reference to issues of culture and gender
Benlik tipleri ile ilgili üç kavramsal model ve ölçeğin kültür ve toplumsal cinsiyetle ilişkili olarak karşılaştırılması
ALİYE KURT
Yüksek Lisans
İngilizce
2000
PsikolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPsikoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OLCAY İMAMOĞLU
- Nonwoven tekstil yüzeylerine mikro kanal sistemi entegrasyonu ile biyosensör tasarımı, üretimi ve karakterizasyonu
Design, fabrication and characterization of a biosensor on non-woven textile surfaces through the integration of a micro channel system
GÜLÇİN BAYSAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BURÇAK KARAGÜZEL KAYAOĞLU