Mos2, Moo3, Wo3 Tabanlı İnce Film Aygıtlarının Tasarımı, Üretimi ve Optik Karakterizasyonu

Abstract

Bu tezde, iki-boyutlu (2B) malzemelere ve geçiş metali oksitlerine dayalı ince-film cihazların tasarımı, üretimi ve optik/elektriksel karakterizasyonu bütünleşik bir çerçevede ele alınmaktadır. 2B malzemelerin yüksek yüzey-hacim oranına, ayarlanabilir bant aralığına ve güçlü ışık-madde etkileşimlerine rağmen, literatürde geniş alanlı üretim, katman tekdüzeliği ve esnek elektroniğe entegrasyon konularında önemli boşluklar bulunmaktadır. Bu çalışma şu araştırma sorusuna odaklanmaktadır: '2B malzemeler ve metal oksitler, yüksek performanslı optoelektronik ve esnek elektronik mimarilere ölçeklenebilir ve tekrarlanabilir bir şekilde nasıl entegre edilebilir?' Metodolojik olarak, MoS2 sentezi, MoO3 ince filmlerinin film-öncülü kullanılan Kimyasal Buhar Biriktirme yöntemiyle kontrollü kükürtlenmesi yoluyla gerçekleştirilmiştir. Grafen, Düşük Basınçlı Kimyasal Buhar Biriktirme ile büyütülmüş ve hedef substratlara ıslak transfer yöntemiyle aktarılmıştır. WO3 tabanlı elektrokromik filmler Fiziksel Buhar Biriktirme ile üretilmiş ve mikron ölçekli interdijital elektrotlar maskesiz UV-projeksiyon fotolitografi ile tanımlanmıştır. Gümüş nanoteller ve gözenekli platine dayalı esnek elektrotlar, optik-iletkenlik dengesi, bükülme dayanımı ve uzun vadeli kararlılık açısından ayrı ve hibrit konfigürasyonlarda değerlendirilmiştir. Elektrolit tarafında ise liyotropik sıvı kristal formülasyonları kullanılmıştır. Özgün katkılar arasında MoO3→MoS2 dönüşümü için ölçeklenebilir ve tekrarlanabilir bir film-öncül KBR reçetesi ve süreç penceresinin nicel olarak haritalanması, düşük güç rejiminde haritalamaya uygun, kalibre edilmiş bir konfokal Raman protokolü, maskesiz UV-projeksiyon ile İDE'lerin hızlı prototiplenmesi ve AgNT/PPF esnek elektrotların ve hibritlerinin optik-elektriksel-mekanik performansları ile cihazlara entegrasyonlarının karşılaştırmalı analizi yer almaktadır. Bulgular, 2B malzemelerin ve metal oksitlerin fonksiyonel cihazlara doğrudan uygulanabilir, düşük maliyetli, hızlı prototiplemeye uygun ve endüstriyel ölçeklendirmeye elverişli yollarla entegre edilebileceğini göstermektedir.In this thesis, the design, fabrication, and optical/electrical characterization of thin-film devices based on two-dimensional (2D) materials and transition metal oxides are addressed in an integrated framework. Despite the high surface-to-volume ratio, tunable bandgap, and strong light-matter interactions of 2D materials, significant gaps remain in the literature regarding large-area fabrication, layer uniformity, and integration into flexible electronics. This work focuses on the following research question: 'How can 2D materials and metal oxides be integrated into high-performance optoelectronic and flexible electronic architectures in a scalable and reproducible manner?' Methodologically, MoS2 synthesis was achieved via controlled sulfurization of MoO3 thin films using film-precursor CVD. Graphene was grown on LPCVD and transferred to target substrates via wet transfer. WO3-based electrochromic films were fabricated by PVD, and micron-scale interdigitated electrodes (IDEs) were defined by maskless UV-projection photolithography. Flexible electrodes based on silver nanowires (AgNWs) and porous platinum (PPF) were evaluated in terms of optical-conductivity balance, bending strength, and long-term stability in discrete and hybrid configurations. Lyotropic liquid crystal (LLC) formulations were used on the electrolyte side. Original contributions include a scalable and reproducible film-precursor CVD recipe for MoO3→MoS2 and quantitative mapping of the process window, a calibrated confocal Raman protocol suitable for mapping in the low-power regime, rapid prototyping of IDEs by maskless UV-projection, and comparative analysis of AgNW/PPF flexible electrodes and their hybrids in terms of optical-electrical-mechanical performance and their integration into devices. The findings demonstrate that 2D materials and metal oxides can be integrated into functional devices in ways that are directly applicable, low-cost, rapid prototyping-friendly, and amenable to industrial scaling.