Two-dimensional MoS2: transfer and pulsed laser deposition onto different substrates

The discovery of graphene in 2004 has called the attention of research on two-dimensional materials; MoS2 is a layered material belonging to the larger class of transition metal dichalcogenides, which electronic and optical properties can be tuned by controlling their thickness, synthesis process and supporting substrate. In particular, pulsed laser deposi tion (PLD) is a vacuum technique which allows to produce homogeneous and crystalline two-dimensional MoS2 films, especially onto metallic substrates such as Au(111) and Ag(111). However, most applications in nanoelectronics require these films to be stand ing onto insulating substrates, such as SiO2. This thesis has two objectives: develop a technique to transfer the 2D MoS2 films from the metallic substrates onto SiO2 and directly grow 2D MoS2 with a new PLD system onto different materials, namely SiO2, glass, highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) and Au(111). The vibrational and mor phological properties of produced samples were analyzed through Raman spectroscopy and scanning electron microscopy. These techniques allowed to determine the thickness and overall quality of transferred and deposited films, and also to better understand the growth mechanism of the second ones.

La scoperta del grafene nel 2004 ha posto i materiali due-dimensionali all’attenzione della ricerca; il MoS2 è un materiale stratificato che fa parte della più ampia classe dei dicalco genuri di metalli di transizione, le cui proprietà optoelettroniche possono essere modulate attraverso il loro spessore, processo di sistesi e substrato di supporto. In particolare, la deposizione laser pulsata (PLD) è una tecnica da vuoto che permette di produrre film due-dimensionali di MoS2 omogenei e cristallini, specialmente su substrati metallici come Au(111) e Ag(111). Tuttavia, la maggior parte delle applicazioni in nanoelettronica richiede che questi film siano supportati da substrati isolanti, come l’SiO2. Questa tesi ha due obbiettivi: sviluppare una tecnica per trasferire film di MoS2 2D da substrati metallici a SiO2 e crescere direttamente il MoS2 su diversi substrati (SiO2, vetro, Au(111), grafite) attraverso un nuovo sistema PLD. Le proprietà vibrazionali e morfologiche dei campioni prodotti sono state analizzate attraverso spettroscopia Raman e microscopia a scansione elettronica. Queste tecniche hanno permesso di determinare lo spessore e la qualità di film trasferiti e depositati, nonché comprendere meglio il meccanismo di crescita dei secondi.