عنوان پایان‌نامه
بررسی خواص اپتیکی لایه های اکسید گرافن احیاء شده با نانو ساختارها
- رشته تحصیلی
- فیزیک- حالت جامد
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 62646
- تاریخ دفاع
- ۲۹ بهمن ۱۳۹۲
- دانشجو
- مهدیه محمدی نوری
- چکیده
- با توجه به کاربرد گسترده¬ ای که آشکارسازهای نوری در زندگی روزمره ما پیدا کرده¬اند، لزوم ساخت آشکارسازی با سرعت و دقت بالا انکار ناپذیر است. مواد گوناگونی برای ساخت آشکارساز به کار می روند. در این میان گرافین، ماده¬ای که به تازگی کشف شده و خواص بسیار منحصر به فردی دارد، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. گرافین ماده¬ای بدون گاف انرژی است و بنابراین، این قابلیت را دارد که به ناحیه وسیعی از طول موج ها، از مادون قرمز تا مرئی، پاسخ دهد و در آن الکترون- حفره ایجاد شود. از دیگر خواص این ماده که کاربرد آن در ساخت آشکارساز نوری را مناسب کرده رسانندگی بالای این ماده است. در این پژوهش گرافین و دیگر نانو ساختارهای نیمرسانا برای ساخت آشکار ساز نوری به کار رفته¬اند. تهیه اکسید گرافین یک روش ساده برای ساخت گرافین در مقیاس زیاد است و در این پژوهش اکسید گرافین به روش بهبودیافته هامرز تولید شده است. ولی این ماده به دلیل وجود اکسیژن¬های پیوندی در آن فاقد خواص اپتوالکترونیکی گرافین است. برای دستیابی به گرافین، اکسید گرافین احیا شد. یکی از روش¬های احیا استفاده از فوتوکاتالیست¬هایی نظیر دی¬اکسید تیتانیوم¬ است. به منظور احیا اکسید گرافین، که نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بر روی آن به روش لایه¬نشانی بخار شیمیایی قرار گرفته بود، نمونه به مدت نه ساعت تحت تابش فرابنفش قرار گرفت و اکسیژن های آن جدا شد و رسانایی آن افزایش یافت. پاسخ¬دهی(میزان افزایش جریان در اثر تابش نور، تقسیم بر شدت منبع نوری) این نمونه به لیزر قرمز 32/1 میلی آمپر بر وات مشاهده شد. نمونه های دیگری که برای آشکارسازی ساخته شد و مورد آزمایش قرار گرفت، نانوذرات دی اکسید تیتانیوم، نقاط کوانتومی سولفید کادمیوم به روش جذب و واکنش متوالی لایه یونی و ترکیب نقاط کوانتومی با اکسید گرافین بوده است. با وجود این که حساسیت نمونه دی اکسید تیتانیوم از دیگر نمونه ها بیشتر بود (برابر با 9/2) ولی به علت جریان نوری کم نمونه، پاسخ¬دهی پایینی (mA/W 024/0) برای لیزر قرمز مشاهده شد. در نمونه نقاط کوانتومی سولفید کادمیوم به دلیل گسسته بودن ترازهای انرژی و تعداد کم برانگیختگی ها جریان نوری نمونه کم است. پاسخدهی این نمونه برای لیزر قرمز برابر با mA/W 064/0 اندازه گیری شد. در نمونه اکسید گرافین توأم با سولفید کادمیوم، با وجود حساسیت پایین، پاسخ¬دهی آن از نمونه دی اکسید تیتانیوم بیشتر به دست آمد(mA/W 08/0). نمونه دیگری که مورد آزمایش قرار گرفت دی اکسید تیتانیوم به همراه نقاط کوانتومی سولفید کادمیوم است. در این نمونه به دلیل جدایش الکترون ـ حفره های تولید شده در سولفید کادمیوم و رفتن آنها به تراز رسانش دی اکسید تیتانیوم حساسیت و جریان نوری نسبت به نمونه سولفید کادمیوم افزایش یافت. پاسخدهی این نمونه برای لیزر قرمز mA/W 016/0 اندازه گیری شد. در نهایت ترانزیستور اثر میدانی نمونه¬ای که بیشترین پاسخ¬دهی را از خود نشان داد ساخته شد. در ساخت این نمونه، سیلیکونی که روی آن اکسید سیلیکون به ضخامت 300 نانومتر با گرمادهی و شار اکسیژن قرار گرفته بود استفاده شد. اکسید گرافینی که به روش هامرز تولید شده بود بر روی سیلیکون قرار داده شد و سپس اکسید گرافین به کمک گاز هیدروژن و گرمادهی در دمای پایین احیا شد. نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بر روی این نمونه به روش لایه نشانی بخار شیمیایی قرار گرفت. پاسخ¬دهی این نمونه در مقایسه با نمونه غیر ترانزیستوری آن افزایش یافته و برابر با mA/W 275/0 و حساسیت (میزان افزایش جریان تقسیم بر جریان اولیه) آن 11 اندازه گیری شده است. در بررسی نمونه هایی که در این تحقیق ساخته شدند، از میکروسکوپ الکترونی روبشی، میکروسکوپ الکترونی عبوری، میکروسکوپ اپتیکی و دستگاه سنجش جریان ـ ولتاژ استفاده شد.
- Abstract
- Due to the extensive application of optical detectors found in our daily life , the need for fast and accurate detection is undeniable . A variety of materials are used to fabricate the detectors . The graphene , a recently discovered material, has very unique properties attracted much attention . Graphene has no band gap and therefore has the potential to respond to a large area, from visible to infrared wavelengths. Other properties of this material which makes the graphene a suitable candidate in fabricating optical detectors is its high electerical conductivity. In this study, graphene and semiconductor nanostructures are used to make photodetector. Graphene oxide is a simple material to grow large-scale graphene. Graphene oxide has produced by modified Hummer's method. But it has not optoelectronic properties of graphene because of having oxygen bond hybrids. Graphene oxide should be reduced to obtain graphene. One method of reduction is using of some photocatalysts such as titanium oxide . In order to reduce the graphene oxide , titanium dioxide nanoparticles was deposited on the substrate using chemical vapor deposition and then the sample was exposed to UV radiation for nine hours, as a result of which oxygen, were separated from it and its conductivity increased . Responsivity of this sample to red laser was measured to be ???? mA/W. Other samples prepared and tested for detection were titanium dioxide nanoparticles, and also quantum dots of cadmium sulfide deposited with successive ionic layer adsorption and reaction method and combination of CdS and GO. However, the sensitivity of titanium dioxide samples was higher than the other samples (sensivity for TiO? is ???) , but due to small photocurrent its responsivity turned out to be low and was ??????mA/W. Responsivity of CdS QDs to red laser is ??????mA/W??and for CdS + GO is ?????mA/W? Another sample tested was titanium dioxide with cadmium sulfide quantum dots . In this case, the separation of electron-hole resulted in a higher sensitivity compared to CdS alone. Responsivity of this sample to red laser is ??????mA/W. The field effect transistor with graphene and titanium dioxide as channel was made. The construction of the silicon oxide with thickness of???? nm on silicon was done by heating and oxygen flux . The graphene oxide was produced by modified Hummer's method was placed on silicon oxide and then by hydrogen gas and heat in the low temperature was reduced. Titanium dioxide nanoparticles on GO was deposited using chemical vapor deposition. Responsivity of this sample is much higher than other samples (??????mA/W) and its sensitivity is ?? . In this research we used TEM, SEM, optical microscope and I-V meter set for investigating samples. Keywords: photodetector , graphene , graphene oxide , titanium dioxide nanoparticles, cadmium sulfide quantum dots
