Synthesis and device integration of two-dimensional MOCVD MoS2 Ąlms
Els dicalcogenurs de metalls de transició bidimensionals (2D), com el MoS2, tenen una combinació única de propietats electròniques i mecàniques que els converteix en materials atractius per a transistors d'escala atòmica i electrònica flexible. No obstant això, la implementació de capes fines d...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2023 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:287337 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/287337 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Materials 2D Materiales 2D 2D materials MoS2 MOCVD Ciències Experimentals 548/549 |
| Sumario: | Els dicalcogenurs de metalls de transició bidimensionals (2D), com el MoS2, tenen una combinació única de propietats electròniques i mecàniques que els converteix en materials atractius per a transistors d'escala atòmica i electrònica flexible. No obstant això, la implementació de capes fines de MoS2 en grans àrees industrialment rellevants s'enfronta a múltiples reptes de fabricació, depenent en gran mesura del desenvolupament de processos de síntesi i integració, escalables i compatibles amb la indústria per arribar a les aplicacions desitjades. Aquest treball investiga la deposició de vapor químic metal·loorgànic (MOCVD) com a mètode prometedor i tecnològicament rellevant per a la síntesi a gran escala de capes fines de MoS2. Les capes de MoS2 es van fer créixer a partir de precursors d'hexacarbonil i organosulfur de molibdè en substrats comercials i aïllants, com ara òxid de silici, vidre i safir. Per obtenir una comprensió fonamental del procés MOCVD i optimitzar el creixement de capes fines de MoS2 d'alta qualitat, es va dur a terme un estudi complet de paràmetres de creixement juntament amb una caracterització microscòpica i espectroscòpica de les capes. Es va prestar especial atenció a la comprensió dels mecanismes subjacents i a la mitigació de la incorporació de carboni, que poden sorgir de l'ús de la química de precursors orgànics i que poden afectar les propietats morfològiques i (opto)electròniques de la capa. A més, l'estudi va explorar estratègies per minimitzar els defectes del límit de gra a les capes policristal·lines, millorant la mida del gra i creixent capes de MoS2 alineades al substrat, sobre substrats de safir cristal·lí mitjançant l'heteroepitaxia de van der Waals. Per a aquest últim, es va estudiar l'impacte de la preparació de la superfície del safir i les condicions de creixement en l'epitaxia de domini d'orientació selectiva. Es va establir un marc de tècniques de microscopia i de difracció de superfície d'incidència rassant per caracteritzar la qualitat de la capa en termes de relació epitaxial i dispersió mosaic en el pla, treballant cap a l'objectiu de capes fines de MoS2 monocristal·lí. Es va desenvolupar la integració del dispositiu i la fabricació d'una tecnologia de transistor d'efecte de camp (FET) MoS2, inclosa la transferència de capes amb baixos residus, l'encapsulació d'òxids mitjançant una estratègia de capa llavor i un processat a nivell d'oblia. Al llarg del flux de fabricació, es van realitzar anàlisis de capes microscòpiques i espectroscòpiques des de capes fines de MoS2 totalment integrades, fins a la caracterització elèctrica final dels dispositius FET. La reducció de les densitats de trampes d'interfície es van identificar com un repte central per a l'enginyeria de la interfície. A més, es van comparar capes de MoS2 amb diferents mides de gra obtingudes durant l'optimització del creixement de capes fines, destacant la importància de reduir els defectes del canal per millorar les propietats de transport de la capa. Es van fabricar diverses generacions de dispositius FET que abasten des d'arquitectures simples de porta líquida fins a arquitectures de porta sòlida totalment encapsulades en òxid, inclosa la traducció reeixida de SiO2 rígid a substrats flexibles de poliimida. Amb aquesta finalitat, com a aplicació objectiu, es van desenvolupar sondes d'electrocorticografia d'interfície neuronal (ECoG). Els primers prototips d'aquests dispositius ECoG van fer ús de FET MoS2 actius que serveixen com a commutadors en sèrie monolíticament integrats a píxels de sensors neuronals basats en grafè en una disposició de matriu 1x8. La capacitat d'adreçament i multiplexació de les matrius MoS2-FET en dispositius ECoG es va demostrar in vitro com a prova de concepte. Aquest és un pas important cap al desenvolupament d'una tecnologia d'interfície neuronal flexible i d'alta densitat basada en materials 2D. |
|---|