Scanning tunneling microscopy and spectroscopy of zinc oxide and Al-doped zinc oxide ultrathin films and 2D nanostructures

Following the interest around two-dimensional materials that has been increasing since the synthesis of graphene in 2004, the scientific community has carried out a large number of studies regarding the materials capable of obtaining a two-dimensional graphene-like structure. Among them, the group of the oxides is of particular interest due to their peculiar properties and possible applications. This thesis extends the study, started in the Nanolab of Politecnico di Milano, about one of these oxides: the Zinc Oxide. In particular, this work deals mainly with the effects on the optoelectronic properties of an Al-doping process on the ZnO. In addition, other explorative experiments regarding the effect of deposition of ZnO on different substrates and its stability in air, have been carried out. This experimental work sets itself in the study of the structure, morphology and electronic properties (i.e. Local Density Of States, LDOS) by means of Scanning Tunneling Microscopy (STM) and Scanning Tunneling Spectroscopy (STS) that allow to obtain these kind of informations at the nanometric/atomic scale. In greater details, Al-doped ZnO was deposited by means of Pulsed Laser Deposition (PLD) of a proper stoichiometric targets, on a Au(111) substrate while the explorative experiments regarding different substrates and the ZnO stability were carried out on ZnO/HOPG, ZnO/MoS2 and ZnO/Au(111) systems, obtained again with the just mentioned techniques.

Seguendo l’interesse riguardo i materiali bidimensionali, accresciutosi sin dalla sintetizzazione del grafene nel 2004, la comunità scientifica ha condotto una gran numero di studi su quei materiali capaci di ottenere una struttura bidimensionale simil-grafene. Tra questi, gli ossidi sono di particolare interesse grazie alle loro caratteristiche peculiari e possibili applicazioni. Questo lavoro amplia quindi lo studio, cominciato nel NanoLab del Politecnico di Milano, condotto su uno di questi ossidi: l’ossido di zinco. In particolare, questa tesi concerne principalmente lo studio degli effetti di un doping di Alluminio sullo ZnO. In aggiunta, sono stati condotti altri esperimenti esplorativi atti a indagare gli effetti della deposizione dello ZnO su diversi substrati e la sua stabilità in aria. Questo lavoro sperimentale si pone l’obiettivo di indagare la struttura, la morfologia e le proprietà elettroniche (i.e. la Denistà Locale degli Sati Elettronici, LDOS) attraverso la microscopia e la spettroscopia ad effetto tunnel (STM, STS) che permettono di ottenere le suddette informazioni con una risoluzione nanometrica/atomica. In maggior dettaglio, lo ZnO drogato con alluminio, è stato depositato attraverso la Deposizione Laser Pulasata (PLD) di un opportuno target stechiometrico, su una superficie cristallina Au(111); gli esperimenti esplorativi riguardanti diversi substrati e la stabilità dello ZnO invece, sono stati condotti su sistemi ZnO/HOPG, ZnO/MoS2 e ZnO/Au(111), ottenuti con le medesime tecniche prima citate.