Elektronik devre uygulamaları için ß-Ga2O3 nano kablo üretilmesi ve karakterizasyonu

Abstract

Son yıllarda bir boyutlu, dikey olarak ayarlanmış, aşağıdan-yukarıya nanoyapıların fabrikasyon metodları, sentez işlemleri; sentezlenmesinin basitliği ve yüksek elektromekanik performanslarından dolayı oldukça fazla ilgi çekti. Karbon nanotüpler, geniş bant aralığına sahip yarı iletkenler, metal nano kablolar ve İndiyum oksit, Çinko oksit, Kalay oksit ve Galyum oksit gibi pek çok metal-oksit malzemeler pek çok araştırmaya konu oldular. Bu malzemelerden bazıları düşük elektron afinitesi ve/veya yüksek kimyasal stabiliteye sahiptirler.Monoklinik galyum oksit, geniş bant aralığına (Eg = 4.9 eV) sahip önemli bir metal-oksit yarı iletkendir. İletkenlik ve ışık verme özellikleri onu flat panel displayler, güneş enerji cihazları ve yüksek sıcaklıklarda çalışan, stabil gaz sensörleri için çok uygun ve önemli bir materyal haline getirir.Oldukça iyi anlaşılmış bir kuantum işlemi olan alan emisyon, düşük enerji dağılımı ile yüksek elektron parlaklığı elde etmek için iyi bir kaynaktır. Yüksek elektrik alan altında Fermi seviyesi yakınındaki elektronlar enerji bariyerini aşarak vakum seviyesine çıkarlar. Alan emisyonunu kullanan pek çok uygulama için malzemeler düşük eşik emisyon alanı ve yüksek akım yoğunluklarında yüksek oranda stabilite göstermelidirler. Düşük bir çalışma fonksiyonu ve büyük bir alan artırma faktörü düşük bir elektron emisyonu eşik alanına katkıda bulunur. Çalışma fonksiyonu malzemelerin çeşidine bağlı olan ayırdedici bir özellik iken alan arttırma faktörü büyük oranda emiterlerin şekline bağlıdır. Çok emek isteyen ve pahalı yukarıdan-aşağıya işlem teknikleri, bu teknikle üretilen emiterlerin uzun süre verimli çalışamamaları ve düşük dayanma süresine rağmen oldukça küçük yarıçaplı alan emisyon uçları günümüze kadar sıklıkla kullanılmıştır.Bu tez içerisinde; tamamen yeni bir teknik kullanılarak alan emisyon alanında kullanılmak için oldukça elverişli alan emisyon özellikleri sergileyen ve bugüne kadar bildirilmiş tüm nano yapılardan farklı geometrik şekle sahip olan monoklinik galyum oksit nano yapıların sentezlenmesi ve karakterizasyonu konuları sırasıyla ele alınmaktadır.Anahtar kelimeler: Nano Kablolar, Alan Emisyon, Galyum Oksit, Bant Aralığı, Çalışma Fonksiyonu, Elektrik Alan Güçlendirme Katsayısı

Recently, numerous vertically-oriented one-dimensional nanostructures fabrication methods, using bottom-up synthesis processes, have attracted interest owing to their simplicity of synthesis and high electromechanical performance. Materials such as carbon nanotubes (CNTs), wide band-gap semiconductors, metal nanowires, and several oxides such as Indium oxide, Zinc oxide, Tin oxide and Gallium oxide have stimulated considerable interest. Some of these materials have low electron affinity and/or high chemical stability.Monoclinic gallium oxide is an important metal oxide semiconductor with a wide band gap (Eg = 4.9 eV). The conduction and luminescence properties makes it a good candidate for optoelectronic applications such as flat panel displays, solar energy devices, and high-temperature, stable gas sensors.Field emission, a well-understood quantum process, is a good source for high-brightness electrons with low energy spread. Under high electric field, electrons near the Fermi level escape to the vacuum level by overcoming the energy barrier. For many applications using field emission, the materials should exhibit very low threshold emission fields and a high degree of stability at high current density. A low work-function and a large field enhancement factor contribute to a low threshold field of electron emission. While work-function is an intrinsic material property, the field enhancement factor (FEF) predominantly depends on the geometry of the emitters. Tedious and costly top-down processing techniques have been demonstrated to fabricate field emission tips with diminishingly small radius, although most such emitters have finite lifetime and exhibit performance degradation over a short period.Key Words: Nanowires, Field Emission, beta-gallium oxide, Band Gap, Work Function, Field Enhancement Factor