Investigation of Electrical Transport Properties of Graphene Layers and its Optoelectronic Applications

Abstract

이 논문은 기본 및 결함상태에서 그래핀 층의 전기 수송 특성을 조사하였으며, 또한 결함 그래핀의 광 감지 활용과 그래핀 양자점 하이브리드 장치의 활용또한 포함한다. 첫 장에서는 그래핀에 대한 설명과 그래핀의 두께 의존 특성, 결함이 그래핀 층에 미치는 영향에 대한 배경지식을 설명하였다. 2장에서는 그래핀층의 준비과정, 소자제작, 처리과정, 측정 및 응용과 관련한 전반적인 내용을 설명하였다. 3장에서는 무결함 다층 및 몇 개의 다층 그리고 단층 그래핀의 두께에 따른 전기 수송 특성에 대해 연구하였으며 그 결과, 플레이크 두께의 작용으로 금속성이 반도체로 전이하는 것으로 분석했다. 4장에서는 결함이 있거나 없는 다층 그래핀의 전자 수송 특성을 다루었다. 결함이 많은 다층 그래핀은 반도체와 같이 저항에 따른 온도 의존성을 나타냈다. 5장에서는, midgap밴드 결함상태의 다층 그래핀이 광감응성 경향을 맞출수 있는 새로운 방법을 소개하였다. 6장에서는 가시영역에 자외선을 통해 결함이 있는 단층 그래핀의 게이트 조정 광감응성 특성을 확인하였다. 그래핀 - CdSe 양자점 하이브리드 소자의 광감지 기능에 대해 7장에서 조사하였다. 마지막 장에서는 자가유도 유전체 층과 탑 게이트 전극역할인 ZnO 마이크로와이어를 바탕으로 한 avant-grade 그래핀 전계효과 트랜지스터의 특성에 대해 입증하였다.

This dissertation investigates the electrical transport properties of graphene layers at pristine and defected states. It also covers the photo-sensing applications of defective-graphene as well as the graphene quantum dot hybrid device. The first chapter portrays the background information about graphene and thickness dependent properties of graphene and effect of defects on graphene layers. Where the second chapter describes the general overview of the steps involved in the graphene layer preparation, device fabrication, processing, measurements and its application. In chapter three I have investigated the thickness dependent electrical transport properties of an ideal defect- free multilayer, few-layer and single layer graphene and the results were interpreted as a metallic to semiconducting transition as a function of flake thickness. The chapter four deals with the electronic transport properties of the multilayer graphene with and without defect. The defect-rich multilayer graphene exhibits semiconductor-like temperature dependence of the resistance. In chapter five, we introduce a novel way to tailor the photoresponsive behavior from few layer graphene by introducing a defect midgap states band. In chapter six we demonstrated the gate tunable photoresponsive behavior of the defective single layer graphene over ultraviolet to the visible region.The photo-sensing capability of graphene-CdSe QDs hybrid device was investigated and presented in chapter seven. In the final chapter, we demonstrated the performance of the avant-grade graphene field effect transistor based on ZnO microwire as a top-gate electrode with self-induced dielectric layer.