Single Crystalline 2D Material Nanoribbon Networks: Optical and Electrical Properties

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Organisationseinheiten

Abstract

Zwei-dimensionale (2D) Nanobänder bieten enorme Möglichkeiten, die von der nächsten Generation der Quantenelektronik bis hin zu verbesserter Sensorik reichen. Allerdings sind die bestehenden Herstellungswege jedoch meist auf Graphen-Nanobänder beschränkt, wobei die meisten Methoden auf der Verarbeitung von Nanobändern in Lösung beruhen, was ihre Integration in Bauelemente erschwert. Methoden, die für die Herstellung von Nanobändern aus anderen 2D-Materialien gewählt wurden, bieten keine ausreichende Qualität, Ausbeute und Kontrolle über die Kantenzustände. Dies war bisher ein Engpass bei den experimentellen Untersuchungen von Nanobändern zur Erforschung ihrer elektrischen und optischen Eigenschaften. Ziel dieser Arbeit ist es, einen universellen Ansatz zur Synthese von Nanoband-Netzwerken aus beliebigen 2D-Materialien vorzuschlagen aus beliebigen 2D-Materialien unter Beibehaltung hoher Kristallinität, enger Größenverteilung und einfacher Integrierbarkeit in Bauelemente. Darüber hinaus unterliegen die Bauelemente nicht mehr Widerstandsproblemen. Dies wird durch die in-operando Kelvin Sonden Kraft Mikroskopie von Nanoband-Feldeffekttransistoren (FETs) belegt. Die einkristalline Natur der Nanobänder wird durch Raman-Spektroskopie verifiziert. Durch die Verwendung selbstausrichtenden organischen Nanostrukturen als Masken ist es möglich, die vorherrschende kristallografische Richtung der Kanten der Nanobänder zu steuern, wie ebenfalls demonstriert wird. Die elektrische Charakterisierung zeigt Rekord-Beweglichkeiten der Ladungsträger und sehr hohe on-Ströme trotz extremer Breitenskalierung. Insbesondere für Graphen-Nanobänder wird ein wohldefiniertes und gut kontrollierbares System mit hexagonalen Bornitrid-verkapselten Graphen-Nanoband-Netzwerken mit wasserterminierten Kanten vorgestellt. Das System weist eine robuste Hysterese der verbleibenden dipolaren Felder auf, die Leitfähigkeit von Graphen-Nanoband-Netzwerken beeinflussen und modulieren. Bislang wurde ein solches ambipolares Verhalten in Graphen Nanobändern bisher nur theoretisch vorhergesagt. Der unternommene experimentelle Ansatz wirft ein Licht auf die Mechanismen, die das ferroelektrische Verhalten in Graphen-Nanobändern bestimmen und unterstützt es theoretisch durch molekular-dynamische Simulationen. Dies bietet Erkenntnisse für das Design ferroelektrischer Heterostrukturen und neuromorpher Schaltungen. Schließlich werden in dieser Arbeit komplett aus van-der-Waals Materialien bestehende halbleitende PtSe2 Feldeffekttransistoren mit Hochleistungs-Transporteigenschaften präsentiert. PtSe2 wird als alternatives Kanalmaterial unterhalb einer Dicke von 4 nm vorgeschlagen, einer kritischen Dicke, unterhalb derer die Leistung von Si-Elektronik zu verschlechtern beginnt. Die Arbeit ist auch durch die Notwendigkeit inspiriert, den Herausforderungen bei der Ko-Integration von 2D-Materialien in Back-End-of-Line-Prozesse in der Siliziumtechnologie zu begegnen.

Details

Titel in ÜbersetzungEinkristalline 2D-Material-Nanoband-Netzwerke: Optische und elektrische Eigenschaften
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
DOIs
StatusVeröffentlicht - 2024