Οι φωτοανιχνευτές
είναι συσκευές που μετατρέπουν το φως σε ηλεκτρισμό και
μελετώνται
πολλά χρόνια
από την επιστημονική κοινότητα.
Τα
διχαλκογενίδια μεταβατικών μετάλλων (TMD’s)
ανήκουν στην
οικογένεια των δισδιάστατων υλικών.
Λόγω της ατομικού επιπέδου δομής και του άμεσου ενεργειακού χάσματός τους,
το οποίο βρίσκεται μέσα στο
φάσμα του ορατού φωτός, θεωρούνται ως ένα πολλά υποσχόμενο υλικό για φωτοανίχνευση,
όταν
η υπερβολική
σμίκρυνση μπορεί να οδηγήσει σε εξαιρετικά μικρές συσκευές.
Ο σκοπός αυτής της διατριβής είναι η κατασκευή, η έρευνα και η βελτιστοποίηση φωτοανιχνευτών βασισμένων σε δισδιάστατο
MoS2,
μέλος της οικογένειας των TMDs.
Θα πρέπει να σημειωθεί ότι στην αρχή
αυτής της
εργασίας, δεν υπήρχε το
υλικό ούτε η γνώση πάνω στην κατασκευή του από την ομάδα. Οπότε το έργο
ήταν να υπερπηδηθούν αρκετά εμπόδια οδεύοντας προς τον τελικό στόχο.
Κατ’
αρχήν, χρησιμοποιήθηκε η
τεχνική χημικής εναπόθεσης ατμών,
ώστε να επιτευχθεί μεγάλη επιφάνεια υψηλής ποιότητας εξαιρετικά λεπτού
MoS2,
κατάλληλο για
εφαρμογές
μεγάλης κλίμακας. Για να χαρακτηριστεί οπτικά το υλικό,
χρησιμοποιήθηκε
ανάλυση
Raman
και φωτοφωταύγειας. Οι ηλεκτρικές μετρήσεις έγιναν χωρίς παρουσία φωτισμού,
για να
ελεγχθεί η ποιότητα των μεταλλικών επαφών των συσκευών και για να ελεγχθούν οι συσκευές σε διάφορα
στάδια,
όπως η τεχνική
ανόπτησης
και η τεχνική απομόνωσης με διηλεκτρικό
φιλμ. Τέλος, μόνο προκαταρκτικά
δεδομένα όσον αφορά την φωτοευαισθησία μετρήθηκαν με τη χρήση
χαμηλής ενέργειας λευκού φωτός. Δεν
υπήρχε
χρόνος
ώστε
να
μειωθεί
η
κλίμακα
των
φωτοανιχνευτών
σε
νανομετρικό
επίπεδο,
αλλά
ακόμη
και
σε
αυτές
τις
περιπτώσεις
η
φωτοευαισθησία
ήταν
σημαντική.
(EL)
Photodetectors are devices that convert light into electricity and are widely investigated by scientific community for numerous years.
Transition metal dichalcogenides (TMD's) belong to the family of 2D materials. Because of their atomically thin structure and direct band gap that is in the spectrum of visible light, they are considered a promising material for photodetection in the sence that extreme downscaling can result in ultra small devices.
The scope of this thesis is to fabricate, study and optimize photodetecting devices based on 2D MoS2, a member of the TMD’s group. It should be mentioned that at the beginning of this work, no material nor any processing know-how existed in the group. So the task is to overcome several hurdles towards the end goal. To begin with, Chemical vapor deposition technique was used to obtain large area of high quality ultrathin MoS2 suitable for large-scale applications. Raman and photoluminescence analysis were used to optically characterize this material. Electrical measurements were performed under dark conditions for testing the performance of metal contacts which is a key element of devices and to test devices at different stages of treatment such as after annealing and passivation with dielectric film. Finally, only preliminary photosensitivity data were gathered using a low power white light source. There was no time to downscale the photodetectors to nanometric size but even in the cases studied photo-sensitivity is significant.
(EN)
