Ultrathin 2D α-MoO3/Ir/Si schottky heterojunction devices: exploiting plasmonic hot carriers for self-powered UV photodetection with dual photoresponse behavior
| dc.authorid | 0000-0001-8473-8253 | |
| dc.contributor.advisor | Ateş, Şule | |
| dc.contributor.advisor | Eker, Yasin Ramazan | |
| dc.contributor.author | Mohamed, Mohamed Ali Basyooni | |
| dc.date.accessioned | 2024-12-02T10:44:44Z | |
| dc.date.available | 2024-12-02T10:44:44Z | |
| dc.date.issued | 2023 | |
| dc.date.submitted | 12.05.2023 | |
| dc.department | Enstitüler, Fen Bilimleri Enstitüsü, Nanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı | |
| dc.description.abstract | Ultra-ince nano-yapılı MoO3 yarı iletkenler, olağanüstü yanıtları nedeniyle şeffaf optoelektronik ve nanofotonik uygulamalarda büyük umut vaat eden malzemeler olarak ortaya çıkmışlardır. Bu çalışmada, atomik tabaka biriktirme (ALD) yöntemiyle elde edilen büyük ölçekli, kendiliğinden güç sağlayan 2D α-MoO3 fotodetektörleri araştırılmıştır. Bu fotodetektörler, 0V eğilim geriliminde hem pozitif hem de negatif fotoiletkenlik sergilemektedir. Özellikle, çeşitli konfigürasyonlar kullanılarak ultra-ince plazmonik Ir tabakasının entegrasyonuyla daha da geliştirilebilen ultra-ince 2D α-MoO3/n-Si konfigürasyonu, 365 nm UV aydınlatmasında 0V altında makul fotoakım göstermiştir. Ayrıca, ultra-ince İridyum (Ir) plazmonik tabakanın varlığında ultra-ince 2D α-MoO3'de indüklenen sıcak elektronların etkisi ve UV fotodetektörlerinin performansına olan etkisi incelenmiştir. MoO3/2 nm Ir/n-Si konfigürasyonu, 0V eğilim geriliminde 7×1010 harici kuantum verimliliği (HKV) ve 5.5×1010 Jones algılama yeteneği sağlamaktadır. Dahası, 600oC'de işlem gördükten sonra MoO3/2 nm Ir/MoO3/n-Si örneğinde dikkate değer bir iyileşme gözlemlenmektedir. Bu iyileşme, -16 µA fotodirençli bir akım, 8×1010 HKV ve 3×1011 Jones algılama yeteneği ile sonuçlanmaktadır. Özellikle, 0V eğilim geriliminde yanıt süresi yalnızca 0.1 s'dir ve bunu, 0.1 nm'lik çok düşük yüzey pürüzlülüğü desteklemektedir. Fotodetektörlerde gözlenen negatif fotoyanıt, MoO3 yüzeyindeki O2 desorpsiyonu ve oksijen boşluklarının oluşumuyla ilişkilendirilmektedir. Bu desorpsiyon süreci, MoO3'teki taşıyıcı yoğunluğunu artırırken, Coulomb tuzaklama ve azalmış delik hareketliliği nedeniyle Ir tabakadaki taşımayı azaltmaktadır. Sonuç olarak, hetero-yapının direnci artar ve akımda azalmaya neden olur. Bu bulgular, yüksek performanslı optoelektronik ve fotonik uygulamalar için ultra-ince MoO3 yarı iletkenlerinin potansiyelini göstermektedir. | |
| dc.description.abstract | Ultrathin Nanostructured MoO3 semiconductors have emerged as highly promising materials for transparent optoelectronics and nanophotonics due to their exceptional responsivity. In this study, we investigate large-scale self-powered 2D α-MoO3 photodetectors that are deposited using atomic layer deposition. These photodetectors demonstrate both positive and negative photoconductivity at 0V bias voltage. Specifically, the ultrathin 2D α-MoO3/n-Si configuration shows moderate photocurrent at 0V under 365 nm UV illumination, which can be further enhanced through the incorporation of an ultrathin plasmonic Iridium (Ir) layer using various configurations. Moreover, we examine the effect of induced hot electrons in ultrathin 2D α-MoO3 in the presence of an ultrathin Ir plasmonic layer and analyze its impact on the performance of UV photodetectors. The MoO3/2 nm Ir/Si configuration achieves outstanding external quantum efficiency (EQE) of 7E10 and a detectivity of 5.5E10 Jones at 0V bias. Moreover, after annealing at 600oC, a remarkable enhancement is observed in the MoO3/2 nm Ir/MoO3/Si sample. This enhancement results in a photocurrent of -16 µA, accompanied by an EQE of 8E10 and a detectivity of 3E11 Jones at 0V bias. Notably, the response time at 0V bias is only 0.1 s, which is supported by a very low roughness of 0.1 nm. The negative photoresponse observed in the photodetectors is attributed to O2 desorption and oxygen vacancy formation on the MoO3 surface. This desorption process increases the carrier density in MoO3 and reduces the transport in the Ir layer due to Coulomb trapping and decreased hole mobility. Consequently, the resistance of the heterostructure increases, leading to a decrease in the current. These findings demonstrate the potential of ultrathin MoO3 semiconductors for high-performance optoelectronics and photonic applications. | |
| dc.description.sponsorship | This thesis work was supported by Selçuk University - Scientific Research Project Coordinators (BAP) with project number 22211012. | |
| dc.identifier.citation | Mohamed, M. A. B. (2023). Ultrathin 2D α-MoO3/Ir/Si schottky heterojunction devices: exploiting plasmonic hot carriers for self-powered UV photodetection with dual photoresponse behavior. (Doktora Tezi). Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/20.500.12395/53352 | |
| dc.identifier.yoktezid | 812582 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.publisher | Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü | |
| dc.relation.publicationcategory | Tez | |
| dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | |
| dc.subject | MoO3 | |
| dc.subject | İridyum | |
| dc.subject | Plazmonik | |
| dc.subject | Fotodetektörler | |
| dc.subject | Negatif Fotoiletkenlik | |
| dc.subject | Atomik Katman Biriktirme | |
| dc.subject | Ultra İnce Film | |
| dc.subject | Iridium | |
| dc.subject | Plasmonics | |
| dc.subject | Photodetectors | |
| dc.subject | Negative Photoconductivity | |
| dc.subject | Atomic Layer Deposition | |
| dc.subject | Ultrathin Film | |
| dc.title | Ultrathin 2D α-MoO3/Ir/Si schottky heterojunction devices: exploiting plasmonic hot carriers for self-powered UV photodetection with dual photoresponse behavior | |
| dc.title.alternative | Ultra ince 2D α-MoO3/Ir/Si schottky heteroeklem cihazları: çift fotoyanıt davranışı ile kendiliğinden güç sağlayan UV fotoalgılama için plazmonik sıcak taşıyıcılardan yararlanma | |
| dc.type | Doctoral Thesis |
