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Archivio digitale delle tesi discusse presso l’Università di Pisa

Tesi etd-09022020-165102


Tipo di tesi
Tesi di laurea magistrale
Autore
LOPRIORE, EDOARDO
URN
etd-09022020-165102
Titolo
Modeling of Optoelectronic Devices based on Interlayer Excitons in van der Waals Heterostructures
Dipartimento
INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE
Corso di studi
INGEGNERIA ELETTRONICA
Relatori
relatore Prof. Fiori, Gianluca
Parole chiave
  • simulations
  • optoelettronica
  • optoelectronics
  • materiali bidimensionali
  • heterostructure
  • excitons
  • eterostruttura
  • elettrostatica
  • electrostatics
  • eccitoni
  • drift-diffusion
  • simulazioni
  • two-dimensional materials
Data inizio appello
25/09/2020
Consultabilità
Non consultabile
Data di rilascio
25/09/2023
Riassunto
(Italiano)
Nell’ultimo decennio, strati monoatomici di dicalcogenuri di metalli di transizione (TMDC) sono stati ampiamente applicati a una varietà di dispositivi optoelettronici e fotonici. Questo lavoro di tesi è centrato sullo sviluppo e l’implementazione di un software di simulazioni per emergenti dispositivi optoelettronici basati su eccitoni interlayer in eterostrutture di van der Waals di strati di TMDC. Il software realizzato rappresenta la prima implementazione di un completo sistema di simulazione per dispositivi basati su eccitoni in strati di TMDC, tale da comprendere una soluzione esatta del problema elettrostatico e un modello completo del trasporto eccitonico.
Il software è stato applicato a due dispositivi in particolare: un interruttore (switch) eccitonico, con possibili applicazioni come modulatore ottico scalabile a bassi consumi, e un fotorivelatore split-gate, caratterizzato da una combinazione tra velocità e sensitività senza precedenti. Parte dei risultati delle simulazioni riproduce in modo affidabile quanto ottenuto sperimentalmente nei corrispondenti dispositivi presenti in letteratura.
Il software sviluppato formerà la base per futuri studi sull’ingegnerizzazione di dispositivi optoelettronci che sfruttano gli effetti eccitonici in materiali bidimensionali. Inoltre, i risultati ottenuti per i due dispositivi analizzati preludono a futuri esperimenti su modulatori ottici e fotorivelatori basati su eccitoni interlayer in eterostrutture di van der Waals.

(Inglese)
In the last decade, monolayer transition metal dicalchogenides have been extensively investigated for applications in optoelectronic and photonic devices. This thesis work focuses on the development and implementation of a simulation software for novel optoelectronic devices based on interlayer excitons in van der Waals heterostructures of transition metal dicalchogenides. The developed system represents the first simulation software for devices based on excitons in transition metal dichalcogenides, comprising an exact electrostatic solution and a complete exciton drift-diffusion model.
Two devices were simulated using this software: an excitonic switch, with possible applications as a scalable low-power optical modulator, and a split-gate photodetector, potentially characterized by an unprecedented trade-off between speed and detectivity. A part of the obtained simulation outputs successfully reproduces experimental results from the corresponding fabricated devices present in literature.
The developed software will be a basis for future modeling of optoelectronic devices based on novel excitonic effects in two-dimensional materials. Moreover, the results obtained for the two devices of interest could form a strong case for future experiments on their fabrication and optimization.
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