Projecte realitzat mitjançant programa de mobilitat. École polytechnique fédérale de Lausanne

[ANGLÈS] Two-dimensional (2D) materials are very attractive candidates for use in next-generation nanoelectronic devices. Compared to one-dimensional materials, with 2D materials is relatively easy to fabricate complex structures. 2D materials, such as molybdenum disulfide (MoS2), have attracted increasing attention for their electronic and optoelectronic particular properties and size. MoS2 is a transition-metal dichalcogenide, it exhibits unique physical, optical and electrical properties. For this thesis single layers of MoS2 (thickness, 6.5 Å) were deposited on degenerately doped silicon substrates acting as a back gate with 270-nm-thick SiO2. Two gold electrodes as drain and source, lasers of 645 nm and 561 nm and a white light are used to investigate their photo-electric properties. Different surface treatments and the device fabrication process flow have been studied to see how to improve the electrical and optical properties of our single-layer MoS2 devices. In this project, it has been observed that the device fabrication improves their electrical properties. Surface treatment for low hysteresis, for high field-effect mobility and for a good relation hysteresis/field-effect mobility have been found. For the first time, a persistent photoconductivity (PPC) has been observed in MoS2 and a surface treatment for a fast PPC decay has been found. A fast photocurrent with higher photoresponsivity than others found before and much higher than graphene-based devices is determined by the source-drain or gate voltage. Single-layer MoS2 semiconducting materials could be a good candidate for multi-functional optoelectronic device applications in future.

[CASTELLÀ] Los materiales de dos dimensiones (2D) son candidatos muy atractivos para usar en la siguiente generación de dispositivos nanoelectrónicos. Con materiales 2D a diferencia de materiales de una dimensión es relativamente fácil fabricar estructuras complejas. La mono-capa de sulfuro de molibdeno ha atraído cada vez más atención tanto por sus propiedades electrónicas y optoelectrónicas como por su tamaño. MoS2 basado en dichalcogenides de metales de transición, tiene propiedades físicas, ópticas e eléctricas únicas. Para este proyecto mono-capas de MoS2 (6,5 Å de grosor) fueron depositadas sobre silicio dopado actuando como back gate con 270-nm de grosor de SiO2. Dos electrodos de oro actuando como drain y source, lasers de 645 nm y 561 nm y luz blanca han sido usadas para investigar las propiedades fotoeléctricas. Los diferentes tratamientos para el substrato y el proceso de fabricación de estos dispositivos han sido objeto de estudio para ver como mejorar las propiedades eléctricas y ópticas de nuestros dispositivos con mono-capas de MoS2. En este proyecto, se ha observado que nuestro proceso de fabricación mejora las propiedades eléctricas de nuestros dispositivos. Encontramos que tratamiento de substrato es mejor para obtener poca hysteresis, para una gran movilidad de los portadores y para una buena relación entre ambos. Por primera vez, se observó un foto-corriente persistente (PPC) en MoS2 y también encontramos que tratamiento para el substrato es mejor para una rápida caída de PPC. Un rápido foto-corriente con más alta foto-responsividad que otros han observado anteriormente y mucho mayor que los dispositivos obtenidos con grafeno esta determinada por los voltajes source-drain o gate. La mono-capa de MoS2 podría ser un buen candidato para múltiples funciones optoelectrónicas en un futuro.

[CATALÀ] Els materials de dos dimensions (2D) són candidats molt atractius per fer servir en la propera generació de dispositius nano-electrònics. Amb materials 2D, a diferència de materials d'una dimensió, és relativament fàcil fabricar estructures complexes. La monocapa de sulfur de molibdè atrau l'atenció cada cop més tan per les seves propietats electròniques i optoelectròniques com per les seves dimensions. El MoS2 basat en dichalcogenides de metalls de transició, té propietats físiques, òptiques i electròniques úniques. Per aquest projecte mono-capes de MoS2 (6,5 Å de gruix) han estat dipositades sobre silici dopat actuant com back gate amb 270-nm de gruix de SiO2. Dos elèctrodes d'or actuant com donant (source) i receptor (drain), làsers de 645 nm i 561 nm i llum blanca han estat utilitzats per investigar les propietats foto-electriques. Els diferents tractaments pel substrat i el procés de fabricació d'aquests dispositius han estat objecte d'estudi per veure com millorar les propietats elèctriques i òptiques dels nostres dispositius amb mono-capes de MoS2. En aquest projecte, s'ha observat que el nostre procés de fabricació millora les propietats elèctriques dels nostres dispositius. Hem trobat quin tractament per el substrat és millor per obtenir poca histèresis, per una gran mobilitat dels portadors i per una bona relació entre ambdós. Per primera vegada, en aquest projecte s'ha observat un foto-corrent persistent (PPC) en MoS2 i també trobem quin tractament pel substrat és el millor per una ràpida caiguda del PPC. Un ràpid foto-corrent amb més alta foto-responsivitat que altres han observat abans i molts més elevada que la observada en dispositius obtinguts amb grafè esta determinada per els voltatges source-drain o gate. La monocapa de MoS2 podria ser un bon candidat per múltiples funcions optoelectròniques en un futur