New Nanofabrication Routes to Tailor the Electronic Properties of MoS 2 devices:From Field Effect Transistors to Lateral Homo structures

Resumen

Desde que se consiguió aislar por primera vez una monocapa de grafeno, hace más de diez años, muchos materiales bidimensionales han sido obtenidos. Todos estos materiales pueden formar una nueva librería que abre paso a la nueva generación tecnológica libre de silicio. Las propiedades de estos materiales (grafeno, dicalcogenuros metálicos de transición, etc.) han sido profundamente estudiadas por una amplia y multidisciplinar rama de la comunidad científica. Dichas propiedades dependen, en gran medida, del número de capas y tamaño del que estén formados. Muchas aplicaciones podrían surgir si, una vez fabricado un dispositivo, se pudiera modificar, pero desde el punto de vista tecnológico y en procesos de micro o nano-fabricación; una vez que el dispositivo de interés está fabricado es muy difícil y costoso cambiar su estructura o geometría para poder modificar sus propiedades intrínsecas. Por esto, el tema principal de esta tesis será desarrollar un método que permita cambiar las geometrías de dispositivos que ya estén fabricados de la forma más directa y menos invasiva posible. Debido a la gran cantidad de materiales presentes, en esta tesis doctoral se ha elegido uno en concreto, debido a sus excelentes propiedades electrónicas y ópticas. Dicho material es el disulfuro de molibdeno, perteneciente a la familia de los dicalcogenuros metálicos de transición. Los dispositivos fabricados poseen una geometría de transistor de efecto campo y se realizan mediante litografía óptica sin máscara. El desarrollo de todos los procesos de fabricación es el primer resultado de esta tesis y que en gran medida; ha permitido la producción de dispositivos de alta calidad. Una vez optimizada la fabricación de los dispositivos, se empezó a explorar los posibles métodos para poder cambiar las geometrías y, por tanto, intentar cambiar las propiedades de dichos dispositivos ya fabricados. Para ello se utilizó una técnica que combina un haz de electrones focalizado y pulsado con un gas reactivo (en el caso de esta tesis, XeF2). El segundo resultado de este trabajo es el estudio de esta técnica y la formación de nuevas estructuras con ella. Como ii principal resultado, se obtuvieron nuevos dispositivos donde el dopaje original sufría un cambio de tipo N hacia intrínseco o ligeramente P; posiblemente inducido por la creación de vacantes de azufre. Este cambio en el dopaje se corroboró con distintas técnicas de caracterización como: micro-Raman, micro-fotoluminiscencia y medidas eléctricas. Posteriormente se aprovechó el cambio en dopaje de la parte atacada para fabricar homo-uniones laterales de tipo NP. Esta fabricación forma parte de la tercera parte de la tesis doctoral. La caracterización de estos dispositivos NP revelan un comportamiento de diodo, con una fuerte foto-respuesta a la luz.