گرافن مهندسی برای نانوالکترونیک
 
:عنوان    دریافت کل مقاله به همراه ترجمه

Abstract: Graphene has attracted research interest since its discovery in 2004 and professor Geim\"s receipt of the Nobel prize in 2010. It has been used for constructing a variety of electronics and sensors due to its unique electrical, mechanical, thermal, and optical properties. In this dissertation, we developed several technologies to control the electronic properties of graphene, which will pave the way for the future development of graphene nanoelectronics. First, since graphene properties vary depending on its number of layers, we identified a method for engineering the number of graphene layers using fine-tuned oxygen plasma etching. With this technique a single layer of graphene can be removed at a time. In addition, we demonstrated a template-less nanofabrication technique for batch production of graphene nanomeshes and multiribbons, and explored the feasibility of using these nanopatterns to construct field effect transistors (FETs). By introducing nanopatterns into pristine graphene, we could effectively open the band gap of graphene and convert it from semimetal into semiconductor. Furthermore, we studied a doping method for making n-type graphene with long-term chemical stability in air and stability at wide range of temperature. Highly stable n-type graphene with minimal defects was achieved using photo acid generator (PAG) mixed with SU-8 epoxy resin as an effective electron dopant and encapsulation. The electronic properties of the as-doped n-type graphene were confirmed by measuring its current transport characteristics and Fermi level shifts. Building on the aforementioned engineering techniques, we proposed a new Metal-SU8-graphene (MSG) technology, which is compatible with the conventional CMOS fabrication technology. MSG FETs were fabricated on both rigid and flexible substrates. A graphene invertor was also constructed as a proof of concept. Finally, we explored the potential applications of graphene in nanosensors, including chemical, temperature and flow sensors. We studied the possibility of using inter-layer graphene nano configuration to detect the absorption/desorption of different chemical molecules. Our results show a remarkable enhancement in graphene surface sensitivity, which can be attributed to extra edges and inter-sheet tunneling effects. We also demonstrated the capability of using graphene nanowires in temperature and flowrate sensing.

Keywords: Applied sciences, Graphene, Nanoelectronics

Subjects: Electrical engineering,
 عنوان

Özet: Grafene 2004 y?l?nda ke?finden beri ara?t?rmac? ilgisini çekmi?tir ve 2010 y?l?nda Nobel ödülünü alan Profesör Geim"in ürünüdür. E?siz elektrik, mekanik, termal ve optik özellikleri nedeniyle çe?itli elektronik ve sensörlerin yap?m?nda kullan?lm??t?r. özellikleri. Bu tez çal??mas?nda grafen nanoelektroniklerinin gelecekteki geli?imi için yol gösterecek olan grafenlerin elektronik özelliklerini kontrol etmek için çe?itli teknolojiler geli?tirdik. ?lk olarak, grafen özellikleri katman say?s?na ba?l? olarak de?i?ti?inden, ince ayarl? oksijen plazma a??nd?rma kullanarak grafen katmanlar?n?n say?s?n? mühendislik için bir yöntem tespit ettik. Bu teknikle tek seferde bir grafen tabakas? ç?kar?labilir. Buna ek olarak, grafen nanomeshes ve multiribbons"un seri üretimi için ?ablonsuz bir nanofabrication tekni?ini gösterdik ve bu nanopatterns"in alan etkili transistörler (FET"ler) olu?turmak için kullan?lmas?n?n fizibilitesini ara?t?rd?k. Nanopatürleri el de?memi? grafen içine sokarak grafenin bant bo?lu?unu etkin bir ?ekilde açabilir ve yar?-yar?iletkenden yar?çapa dönü?türebiliriz. Ayr?ca, havadaki uzun süreli kimyasal stabilite ve geni? s?cakl?k aral???nda stabilite ile n-tipi grafen yapmak için bir doping yöntemini inceledik. Çok az kusurlu son derece kararl? n-tipi grafen, etkin bir elektron katk? maddesi ve kapsülleme olarak SU-8 epoksi reçinesi ile kar??t?r?lm?? foto asit jeneratörü (PAG) kullan?larak elde edildi. Katk?l? n-tipi grafenin elektronik özellikleri, mevcut ta??ma karakteristikleri ve Fermi seviye kaymalar? ölçülerek do?ruland?. Yukar?da bahsi geçen mühendislik teknikleri üzerine in?a edilen yeni bir Metal-SU8-grafen (MSG) teknolojisini, geleneksel CMOS üretim teknolojisiyle uyumlu olarak önerdik. MSG FET"leri, hem sert hem de esnek alt tabakalar üzerinde üretildi. Bir grafik invertörü de kavram?n bir kan?t? olarak in?a edilmi?tir. Son olarak, kimyasal, s?cakl?k ve ak?? sensörleri dahil olmak üzere nanosensörlerde grafen potansiyel uygulamalar?n? ara?t?rd?k. Farkl? kimyasal moleküllerin emilim / desorpsiyonunu tespit etmek için ara katman grafen nano konfigürasyonu kullanma olas?l???n? ara?t?rd?k. Elde etti?imiz sonuçlar, ekstra kenarlara ve sayfalar aras? tünel olu?turma etkilerine atfedilebilecek grafen yüzey hassasiyetinde kayda de?er bir art?? göstermektedir. Ayn? zamanda grafen nanotellerin s?cakl?kta ve ak?? h?z?nda alg?lama yetene?ini de gösterdik.

Anahtar Kelimeler: Uygulamal? bilimler, Grafen, Nanoelektronik

Konular: Elektrik mühendisli?i
گرافن مهندسی برای نانوالکترونیک

: عنوان

چکیده: گرافن پس از کشف آن در سال 2004 و کسب استاد Geim در سال 2010 جایزه نوبل را جذب کرده است. برای ساخت انواع الکترونیک و سنسورها به علت منحصر به فرد الکتریکی، مکانیکی، حرارتی و نوری خواص در این پایان نامه، ما چندین فن آوری را برای کنترل خواص الکترونیکی گرافن توسعه دادیم که راه را برای توسعه آینده نانو الکترونیک گرافن هموار می کند. اول از آنجاییکه خواص گرافنی بسته به تعداد لایه های آن متفاوت است، ما یک روش برای مهندسی تعداد لایه های گرافن را با استفاده از اچینگ پلاسما اکسیژن به خوبی تنظیم کردیم. با استفاده از این تکنیک یک لایه گرافن را می توان در یک زمان حذف کرد. علاوه بر این، ما یک تکنیک نانو ساختاری برای قالب بندی تولید نانولوله های گرافنی و چند ریبون را نشان دادیم و امکان استفاده از این نانوساختارها برای ساخت ترانزیستورهای اثر میدان (FET) را مورد بررسی قرار دادیم. با معرفی نانوذرات به گرافن بکر، می توانیم شکاف باند گرافن را باز کرده و آن را از نیمه رسانایی به نیمه هادی تبدیل کنیم. علاوه بر این، ما یک روش دوپینگ برای ساخت گرافیت n-type با پایداری شیمیایی بلندمدت در هوا و پایداری در گستره وسیعی از دمای مورد مطالعه قرار دادیم. گرافن n-type بسیار با ثبات با کمبود نقصها با استفاده از ژنراتور اسیدی عکس (PAG) مخلوط با رزین اپوکسی SU-8 به عنوان یک ماده دوپینگ الکترون و کپسوله سازی به دست آمده است. خواص الکترونیکی گرافن n-type doped با اندازه گیری ویژگی های حمل و نقل فعلی و تغییرات سطح فرمی تایید شد. بر اساس تکنیک های مهندسی فوق، ما یک تکنولوژی Metal-SU8-Graphene (MSG) جدید ارائه دادیم که با تکنولوژی ساخت CMOS معمولی سازگار است. FET های MSG بر روی هر دو پایه سخت و انعطاف پذیر ساخته شده اند. اینورتر گرافن نیز به عنوان اثبات مفهوم ساخته شده است. در نهایت، ما کاربرد های بالقوه گرافن را در نانوسنسورها، از جمله مواد شیمیایی، دما و سنسورهای جریان بررسی کردیم. ما امکان استفاده از پیکربندی نانو پودر گرافن بین لایه را برای تشخیص جذب / desorption مولکول های شیمیایی مختلف مورد مطالعه قرار دادیم. نتایج ما نشان می دهد که افزایش قابل توجهی در حساسیت سطح گرافن، که می تواند به لبه های اضافی و اثرات تونل زنی بین ورق نسبت داده شود. ما همچنین توانایی استفاده از نانوسیم های گرافن در سنجش دما و جریان را نشان دادیم.

کلیدواژگان: علوم کاربردی، گرافن، نانوالکترونیک

موضوعات: مهندسی برق،