Väitös mikro- ja nanotekniikan alalta, M.Sc. MD Gius Uddin

Väitöskirjan nimi: Fabrication and characterization of two-dimensional material based devices for photonics and electronics

Väittelijä: MD Gius Uddin
Vastaväittäjä: Prof. Mircea Guina, Tampereen yliopisto
Kustos: Prof. Zhipei Sun, Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu, elektroniikan ja nanotekniikan laitos

Tämä väitöskirja tutkii kaksiulotteisten (2D) materiaalien potentiaalia erilaisissa käytännön sovelluksissa. Tulokset esitetään kolmessa osassa, joista ensimmäinen keskittyy miniatyyrispektrometreihin. Kappaleessa esitellään miniatyyrikokoinen (~22×8 μm2) spektrometri, jonka toiminta perustuu 2D materiaalista valmistetun yksittäisen liitoskanavan sähköisesti muokattavaan spektraalivasteeseen ja sen rekonstrukturointiin tekoälyn avulla. Valmistettu spektrometri kykenee tarkkaan aaltopituuden erotuskykyyn (~3 nm) ja sillä on laaja toiminta-alue aina näkyvän valon alueelta lähi-infrapunavalon alueelle asti. 

Väitöskirjan toisessa osassa käsitellään erilaisia 2D materiaalien optisten ja sähköisten ominaisuuksien muuntelustrategioita. Esimerkiksi 2D Indium selenidin (InSe) morfologinen muokkaaminen yhdistämällä se yksiulotteiseen (1D) nanolankaan edistää valon ja aineen vuorovaikutusta materiaalissa, saavuttaen jopa viisi kertaa suuremman optisen vasteen kuin pelkkä InSe. Lisäksi yhdistelmärakenteessa havaitaan huomattavaa optista anisotropiaa, mikä tekee rakenteesta loistavan kandidaatin erilaisiin polarisaatioriippuvaisiin valosähköisiin sovelluksiin kuten valoilmaisimiin. Väitöskirjassa tutkitaan myös mekaanisen jännitteen hyödyntämistä molybdeeni ditelluridin (MoTe₂) varauksenkuljettajien liikkuvuuden kasvattamiseen kanavatransistorissa (FET). Jännite luodaan valmistamalla ryhmä aukkoja pohjamateriaaliin, siirtämällä MoTe₂ aukkorakenteiden päälle ja kasvattamalla atomikerroskasvatuksella (ALD) koko rakenteen päälle passivoiva alumiini oksidi (Al2O3) kerros. Tällä rakenteella voidaan saavuttaa noin kuusi kertaa korkeampi varauksenkuljettajien liikkuvuus verrattuna jännittämättömiin FET laitteisiin. Nämä molemmat tulokset viittaavat siihen, että 2D materiaaleja voidaan tulevaisuudessa käyttää materiaalina tehokkaissa sähkölaitteissa. 

Väitöskirjan viimeisessä osassa esitellään kokeellisesti tuotettu miniatyyrikokoinen laajakaistavalonlähde. Gallium selenidi ja niobium dioksidi kristallit kykenevät tuottamaan koherenttia laajakaistaista valoa, kun niiden paksuus on huomattavasti valon aallonpituutta pienempi (<100 nm). Niiden tuottaman valon spektri kattaa lähes 1400 nm laajuisen aallonpituusalueen (~565 - 1906 nm) ilman tarvetta valon hajonnan kontrolloinnille. Verrattuna tyypillisiin laajakaistavalonlähteisiin tämä laite on noin 5 suuruusluokkaa ohuempi ja tarvitsee noin kolme suuruusluokkaa vähemmän viritysvaloa toimiakseen.

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/

Yhteystiedot:

Sähkötekniikan korkeakoulun väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/53