Monolayer MoTe2 have found increasing interest due to the small free energy difference between its 2H semiconducting and 1T’ semi-metallic phases, for its emission maximum at 1.1 eV, close to silicon bandgap, and for the promise as a Weyl semimetal. In this thesis, first, monolayer 2H-MoTe2 by means of mechanical exfoliation method has been observed and characterized, by Raman Spectroscopy. From this analysis it was possible to define a method for the identification of the number of layers from 1L to 3L in MoTe2 and study the effect of laser exposure. Attention was put to the discrepancies present in literature on the so-called phase transition under laser irradiation and we observed the ablation and the tellurium segregation phenomena. Another performed activity was the growth of large area monolayer MoS2 (that had a high impact on the results achieved on MoTe2 by CVD) to understand in detail the CVD mechanics and ruling out the growth of the nanosheets. In particular, the role of the amount of molybdenum precursor and the drop casted PTAS stripes position on sample surface has been investigated and understood. Following this last activity, the growth of MoTe2 by CVD was attained. We obtained mixed 1T’ and 2H MoTe2 phases in a 4% H2/Ar atmosphere at 850 °C, starting from MoO2 pre-deposited film from MoO3 powder and subsequent tellurization. Results are confirmed by Raman spectroscopy, SEM imaging and XPS analysis.

Il MoTe2, nella forma di singolo strato, trova un interesse crescente grazie a: la piccola differenza di energia tra le sue fasi cristalline 2H, semiconduttiva, e 1T’, semimetallica; il suo massimo di emissione localizzato a 1.1 eV in corrispondenza del gap del silicio; la possibilità di essere un semimetallo di Weyl. In questa tesi, inizialmente è stato ottenuto il monostrato di MoTe2 da esfoliazione meccanica ed è stato caratterizzato con la spettroscopia Raman. Tramite questa analisi è stato possibile definire un metodo per l’identificazione del numero di strati dal 1L al 3L e studiare gli effetti dell’esposizione laser. Particolare attenzione è stata data alle discrepanze presenti in letteratura circa la transizione di fase tramite esposizione laser e sono stati quindi osservati i fenomeni di ablazione laser e di segregazione di tellurio. Un'altra attività svolta, propedeutica alla crescita di MoTe2, è stata la crescita estesa del monostrato di MoS2, per ottimizzare la tecnica di deposizione chimica da fase vapore e capire il meccanismo di crescita dei film nano sottili. In particolare, è stato studiato ed interpretato il ruolo della quantità di precursore di molibdeno e la posizione delle strisce di soluzione liquida di PTAS rilasciate sulla superficie del campione. A seguito di quest’ultima attività è stata ottenuta la deposizione di MoTe2 tramite CVD. Abbiamo ottenuto le fasi miste 2H e 1T’ nonostante l’atmosfera di crescita contenente solo il 4% di H2 in Argon, a 850 °C, utilizzando uno strato pre-depositato di MoO2 a partire da polveri di MoO3. I risultati sono confermati dalla spettroscopia Raman, dalle immagini al SEM e dall’analisi XPS.

Study on 2D MoTe2 from mechanical exfoliation and CVD growth

CREMASCO, CLAUDIO
2018/2019

Abstract

Monolayer MoTe2 have found increasing interest due to the small free energy difference between its 2H semiconducting and 1T’ semi-metallic phases, for its emission maximum at 1.1 eV, close to silicon bandgap, and for the promise as a Weyl semimetal. In this thesis, first, monolayer 2H-MoTe2 by means of mechanical exfoliation method has been observed and characterized, by Raman Spectroscopy. From this analysis it was possible to define a method for the identification of the number of layers from 1L to 3L in MoTe2 and study the effect of laser exposure. Attention was put to the discrepancies present in literature on the so-called phase transition under laser irradiation and we observed the ablation and the tellurium segregation phenomena. Another performed activity was the growth of large area monolayer MoS2 (that had a high impact on the results achieved on MoTe2 by CVD) to understand in detail the CVD mechanics and ruling out the growth of the nanosheets. In particular, the role of the amount of molybdenum precursor and the drop casted PTAS stripes position on sample surface has been investigated and understood. Following this last activity, the growth of MoTe2 by CVD was attained. We obtained mixed 1T’ and 2H MoTe2 phases in a 4% H2/Ar atmosphere at 850 °C, starting from MoO2 pre-deposited film from MoO3 powder and subsequent tellurization. Results are confirmed by Raman spectroscopy, SEM imaging and XPS analysis.
LAMPERTI, ALESSIO
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
18-dic-2019
2018/2019
Il MoTe2, nella forma di singolo strato, trova un interesse crescente grazie a: la piccola differenza di energia tra le sue fasi cristalline 2H, semiconduttiva, e 1T’, semimetallica; il suo massimo di emissione localizzato a 1.1 eV in corrispondenza del gap del silicio; la possibilità di essere un semimetallo di Weyl. In questa tesi, inizialmente è stato ottenuto il monostrato di MoTe2 da esfoliazione meccanica ed è stato caratterizzato con la spettroscopia Raman. Tramite questa analisi è stato possibile definire un metodo per l’identificazione del numero di strati dal 1L al 3L e studiare gli effetti dell’esposizione laser. Particolare attenzione è stata data alle discrepanze presenti in letteratura circa la transizione di fase tramite esposizione laser e sono stati quindi osservati i fenomeni di ablazione laser e di segregazione di tellurio. Un'altra attività svolta, propedeutica alla crescita di MoTe2, è stata la crescita estesa del monostrato di MoS2, per ottimizzare la tecnica di deposizione chimica da fase vapore e capire il meccanismo di crescita dei film nano sottili. In particolare, è stato studiato ed interpretato il ruolo della quantità di precursore di molibdeno e la posizione delle strisce di soluzione liquida di PTAS rilasciate sulla superficie del campione. A seguito di quest’ultima attività è stata ottenuta la deposizione di MoTe2 tramite CVD. Abbiamo ottenuto le fasi miste 2H e 1T’ nonostante l’atmosfera di crescita contenente solo il 4% di H2 in Argon, a 850 °C, utilizzando uno strato pre-depositato di MoO2 a partire da polveri di MoO3. I risultati sono confermati dalla spettroscopia Raman, dalle immagini al SEM e dall’analisi XPS.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/152219