Process engineering and local resistive switching in large-scale MoS2 grown on Ag (111) substrates

Recently, significant scientific interest and technological development have flourished in the framework of the two-dimensional (2D) materials because they are able to exhibit disruptively different physical properties compared to their corresponding three-dimensional (3D) counterparts. MoS₂ has risen particular interest due to its semiconducting behaviour, its compatibility with metallic substrates, and the possibility of being employed in future atomically thin electronic devices like transistors and memristors. This thesis focuses on the study of the MoS₂/Ag (111) interface, with the aim of analysing the structural and memristive properties that can occur MoS₂ atomically thin layer when deposited on Ag (111) substrate. The MoS₂ layers were grown by means of Pulsed Laser Deposition (PLD), following different sample preparation procedures and post-deposition processes with the aim of studying the effect on the interaction at the interface level. From the characterization carried out through Raman spectroscopy, we obtained information about the influence of the deposition process on the interface interaction. The activation of different vibrational modes depending on the preparation and fabrication processes allows us to conclude that it is possible to obtain different types of interactions between the substrate and MoS2. The conductive atomic force microscopy (c-AFM) analysis highlights the presence of hysteresis in the positive bias of the I-V curves recorded for all the analysed samples, which reflects the local emergence of Resistive switching behavior for a unipolar system. The I–V curves do not show statistically relevant differences regarding the RS, which suggests that the substrate quality or surface cleanliness does not have consequences on the memristive operation. On the other hand, the resistive switching behavior of the system is influenced by the presence/absence of humidity intercalated at the interface.

Nel contesto dei materiali bidimensionali (2D), questi ultimi sono oggetto di crescente interesse poiché sono in grado di esibire proprietà fisiche profondamente differenti rispetto ai loro corrispettivi tridimensionali (3D). Tra essi, MoS2 ha suscitato particolare attenzione per il suo comportamento semiconduttore, la compatibilità con substrati metallici e la possibilità di essere impiegato in futuri dispositivi elettronici a spessore atomico, come transistor e memristor. La presente tesi si concentra sullo studio dell’interfaccia MoS₂/Ag(111), con l’obiettivo di analizzare le proprietà strutturali e memristive che possono emergere quando un film di MoS₂ a spessore atomico viene depositato su un substrato di argento orientato (111). I film di MoS₂ sono stati cresciuti mediante Pulsed Laser Deposition (PLD), seguendo diverse procedure di preparazione del substrato e processi post-deposizione, al fine di studiare l’effetto di tali variabili sull’interazione a livello d’interfaccia. Le caratterizzazioni condotte tramite spettroscopia Raman hanno fornito informazioni sull’influenza del processo di deposizione sull’interazione interfaciale. L’attivazione di differenti modi vibrazionali, in funzione delle condizioni di preparazione e crescita, consente di concludere che è possibile ottenere differenti tipi di interazione tra il substrato e il MoS₂. Le analisi di microscopia a forza atomica conduttiva (c-AFM) evidenziano la presenza di isteresi nel ramo a polarizzazione positiva delle curve I–V acquisite per tutti i campioni analizzati, indicando la comparsa locale di un comportamento di resistive switching tipico di un sistema unipolare. Le curve I–V non mostrano differenze statisticamente rilevanti per quanto riguarda il fenomeno di RS, suggerendo che la qualità del substrato o la pulizia superficiale non influenzano significativamente il funzionamento memristivo. Al contrario, il comportamento di resistive switching del sistema risulta condizionato dalla presenza o assenza di umidità intercalata all’interfaccia.