Elipsometría en dicalcogenuros de metales de transición

Abstract

Los dicalcogenuros de metales de transición (TMDs) son materiales con propiedades físicas que permiten aplicaciones en nanoelectrónica y optoelectrónica, por lo tanto, el estudio de las propiedades electrónicas y ópticas de este tipo de materiales se hace de alto interés. Hay gran variedad en las técnicas de caracterización de los TMDs, sin embargo, una en particular, es llamativa en el sentido de que posee la capacidad de determinar las funciones ópticas este tipo de materiales, y al mismo tiempo, se puede obtener el espesor de películas delgadas de una manera no destructiva, esta técnica es la elipsometría espectroscópica. Así pues, en el presente proyecto se plantea generar modelos elipsométricos a partir de los conocimientos acerca de la estructura cristalina y optoelectrónica de diferentes TMDs, para así posteriormente caracterizar mediante espectroscopía elipsométrica muestras de disulfuro de molibdeno (MoS2) y disulfuro de tungsteno (WS2) que se sintetizarán por exfoliación en fase líquida en el laboratorio de Nanomateriales de la Universidad de los Andes. En consecuencia, de lo anterior se logró caracterizar de forma no destructiva las muestras sintetizadas mediante la técnica de elipsometría espectroscópica, en el sentido que se pudo sustraer información de la muestra como el grosor, la rugosidad y el porcentaje de los diferentes tipos de hojuelas y espacio vacío que componen la muestra, encontrándose que estas están compuestas por capas delgadas de los TMDs. Además, se comprobó que las funciones dieléctricas de los TMDs son fuertemente dependientes de ángulo de incidencia del láser del elipsómetro, lo cual sugiere que estos tipos de materiales poseen un alto grado de anisotropía. Y, finalmente, también se pudo calcular propiedades optoelectrónicas de las muestras como la susceptibilidad eléctrica y conductividad de hoja.

Transition metal dichalcogenides (TMDs) are materials with physical properties that allow applications in nanoelectronics and optoelectronics, therefore, there is a high interest in the study of the electronic and optical properties of this kind of materials. Nowadays, there is a broad variety in the characterization techniques of TMDs, however, one in particular is striking in the sense that it has the ability to determine the optical functions of this type of materials and, simultaneously, the thickness of thin films in a non-destructive way, this technique is spectroscopic ellipsometry. In this project, elipsometric models will be generated from the knowledge about the crystalline and optoelectronic structure of different TMDs, in order to subsequently characterize molybdenum disulfide (MoS2) and tungsten disulfide (WS2) which will be synthesized by liquid phase exfoliation in the Nanomaterials laboratory of the Universidad de los Andes. Consequently, it was possible from the above to characterize the synthesized samples in a non-destructive way using the spectroscopic ellipsometry technique, in the sense that information could be subtracted from the sample such as thickness, roughness and the percentage of the different kinds of flakes and empty space that shape the sample, finding that these are composed of thin layers of the TMDs. Furthermore, it was found that the dielectric functions of the TMDs are strongly dependent on the angle of incidence laser spot of the ellipsometer, which suggests that these types of materials have a high degree of anisotropy. And, finally, it was also possible to calculate optoelectronic properties of the samples such as electrical susceptibility and sheet conductivity.