شماره ركورد
34509
پديد آورنده
سيد محمد امين طباطبايي
عنوان
طراحي، ساخت و مشخصه يابي ترانزيستور بر پايه گرافن با كاربرد در آشكارسازهاي نوري و حسگرهاي گازي
مقطع تحصيلي
ارشد
رشته تحصيلي
فيزيك ماده چگال
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/7/29
استاد راهنما
اسيه سادات كاطمي
استاد مشاور
ندارد
دانشكده
فيزيك
چكيده
گرافن به عنوان يك لايه تك اتمي و دوبعدي از اتمهاي كربن، با ويژگيهاي برجسته الكتريكي، مكانيكي و حرارتي، مزاياي بسياري را براي توسعه قطعه هاي الكترونيكي فراهم ميآورد. با اين حال، وجود گاف انرژي صفر، محدوديتهايي در استفاده مستقيم از گرافن خالص را در فناوري ترانزيستورها ايجاد ميكند. اين پژوهش به طراحي، ساخت و توصيف دقيق ترانزيستورهاي اثر ميداني بر پايه گرافن (GFETs) با كاربرد در حوزههاي آشكارسازي نوري و حسگري گازي ميپردازد. در اين راستا عاملدارسازي و مهندسي ساختاري گرافن به منظور ارتقاء عملكرد ترانزيستورها براي تنظيم ويژگيهاي الكتريكي و فعالسازي حساسيت انتخابي به گاز صورت گرفته است. با بهرهگيري از تكنيكهاي انباشت بخار فيزيكي، كندوپاش و فرايند فوتوليتوگرافي، اتصالات الكتريكي منبع، پايه دريافتكننده و پايه كنترلكننده تعبيه شد. گرافن تكلايه رشد يافته به روش انباشت بخار شيميايي بر روي زيرلايههاي سيليكوني، انتقال يافت. سطح قطعات با روشهاي مختلف طيفسنجي رامان و طيف سنجي پراش انرژي پرتو ايكس و ميكروسكوپ اپتيكي و الكتروني روبشي ارزيابي شد. پارامترهايي نظير رسانايي ويژه كانال، تحرك حاملها، ضريب انتقال هدايتي، ولتاژ آستانه و پاسخ زماني با دستگاه مشخصهياب الكتريكي و چاپر اندازهگيري شد. دستگاه چاپر با هدف اندازهگيري پاسخ زماني آشكارسازها تا فركانس kHz3 نسبت به ليزر تابيده شده با طول موج ها و شدت متفاوت طراحي و ساخته شد. در نهايت، حساسيت قطعات ترانزيستوري نسبت به گاز اتانول با حد اشباع 3 دقيقه و اولين زمان پاسخ 1 ثانيه بدست آمد. نتايج بهدستآمده از آشكارساز ترانزيستوري بر پايه گرافن، نشاندهنده پاسخ سريع نوري، و در حسگري گازي حساسيت مناسب براي تشخيص گازهايي مانند اتانول است كه كاربردهاي مهمي در حوزه زيستمحيطي و صنعت دارد. اين دستاوردها نقشي كليدي در پيشبرد فناوري قطعات گرافني ايفا نموده و زمينههاي توسعه آشكارسازها و حسگرهاي چندمنظوره مبتني بر پلتفرمهاي نانومقياس را امكانپذير ميسازد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/11/04
عنوان به انگليسي
Design, fabrication and characterization of graphene-based transistors with applications in photodetectors and gas sensing
تاريخ بهره برداري
10/21/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
سيدمحمدامين طباطبائي
چكيده به لاتين
Graphene, a single-atomic, two-dimensional layer of carbon atoms, possesses exceptional electrical, mechanical, and thermal properties, making it highly valuable for developing electronic components. However, because it has no bandgap, using pure graphene directly in transistor technology is limited. This research focuses on designing, fabricating, and thoroughly characterizing graphene-based field-effect transistors (GFETs) for applications in optical detection and gas sensing. To improve the performance of these transistors, we have functionalized and structurally engineered the graphene. This process allows us to fine-tune its electrical properties and enable the sensors to detect specific gases. Using techniques like physical vapor deposition, sputtering, and photolithography, we embedded electrical contacts for the source, drain, and gate. The monolayer graphene, grown through chemical vapor deposition, was carefully transferred onto silicon substrates. The surfaces of these devices were examined using various methods, including Raman and EDS spectroscopy, optical microscopy, and scanning electron microscopy. We measured key parameters such as channel conductance, carrier mobility, transconductance, threshold voltage, and response time using specialized electrical testing equipment and a chopper. The chopper device was specifically designed to assess the detector’s response speed up to 3 kHz when exposed to lasers of different wavelengths and intensities. Finally, we tested the sensors’ ability to detect ethanol gas. The results showed a saturation limit of about 3 minutes and a rapid initial response time of just 1 second. The data indicate that these graphene-based transistors respond quickly to optical signals and are effective for detecting gases like ethanol—an application with significant environmental and industrial relevance. These findings contribute to the advancement of graphene device technology and open new possibilities for creating multifunctional detectors and sensors on a nanoscale platform.
كليدواژه هاي فارسي
گرافن، ترانزيستور، آشكارساز نوري، چاپر، حسگري گازي
كليدواژه هاي لاتين
graphene, Transistor, Optical detector, Chopper, Gas sensor
Author
Seyed Mohamad Amin Tabatabaee
SuperVisor
Dr. Asieh Sadat Kazemi Sheikh Shabani