Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/30652
Type: Tese
Title: Detecção de H2 em dispositivos de monocamada de MoS2 e estudo de suas propriedades elétricas em altas temperaturas
Authors: Natália Pereira Rezende
First Advisor: Rodrigo Gribel Lacerda
First Referee: Rodrigo Gribel Lacerda
Second Referee: Helio Chacham
Third Referee: Leandro Malard Moreira
metadata.dc.contributor.referee4: Alex Aparecido Ferreira
metadata.dc.contributor.referee5: Ana Paula Moreira Barboza
Abstract: Dentre os materiais bidimensionais (2D), o Dissulfeto de Molibdênio (MoS2) tem despertado grande interesse científico devido às suas propriedades eletrônicas, ópticas e estruturais. Diversos estudos demonstram que o MoS2 pode ser aplicado em fototransistores, fotodetectores, sensores, entre outros. Este material também apresenta polarização de spin controlável, permitindo sua aplicação em valetrônica. A transição de gap indireto de 1.2 eV do bulk para gap direto de 1.8 eV na monocamada é fundamental para fabricação de nanodispositivos semicondutores. Além disso, o MoS2 possui altos valores de resistência mecânica e módulo de Young em torno de 270 ± 100 GPa. Em especial, o MoS2 é promissor para detecção de gases devido à sua grande área superficial. A adsorção e difusão de moléculas na superfície do MoS2 causam mudanças drásticas em sua condutividade elétrica, o que o torna bastante sensível à diversos gases. Trabalhos reportam a aplicação do MoS2 em detecção de NO, NO2 e NH3, além de O2. Porém, a deteção de hidrogênio (H2) utilizando monocamadas de MoS2 ainda não foi totalmente explorada experimentalmente. Nesta tese fabricamos transistores de efeito de campo (FETs) de monocamada de MoS2 com o objetivo de estudar tanto suas propriedades elétricas quanto à aplicação em detecção de gás hidrogênio. O sensor baseado no dispositivo de MoS2 apresenta características importantes para aplicações práticas, como grande faixa de detecção (0.1% até 90%), temperaturas de operação relativamente baixas (25 °C-200 °C), reversibilidade total, além de não necessitar de dopantes como (Pt ou Pd) para detectar H2. Propomos que o mecanismo de detecção é baseado na adsorção dissociativa do H2, facilitada pela presença de vacâncias de enxofre. Posteriormente, apresentamos um estudo de histereses presentes nas curvas de corrente versus tensão de gate em função da temperatura (T), tanto para dispositivos de monocamada de MoS2 suportados em óxido de silício (MoS2/SiO2), quanto dispositivos suportados em BN (MoS2/BN). Para os dispositivos de MoS2/BN, verificamos um comportamento anômalo da transcondutância em função de T. Essa característica impede a realização da análise da mobilidade eletrônica real dos dispositivos.
Abstract: Among the 2D materials, molybdenum disulfide (MoS2) has attracted scientific interest due to its electronic, optical and structural properties. Several studies demonstrate that MoS2 can be applied in phototransistors, photodetectors, sensors, among others. This material also presents controllable spin polarization, allowing the application in valleytronic. The transition of the 1.2 eV indirect gap from bulk to direct gap of 1.8 eV in the monolayer is fundamental for the fabrication of semiconductor nanodevices. In addition, MoS2 has high mechanical strength values and Young's modulus around 270 ± 100 GPa. Especially, MoS2 is promising for detection of gases due to its large surface area. The adsorption and diffusion of molecules on the MoS2 surface cause drastic changes in its electrical conductivity, which makes it very sensitive to various gases. MoS2 transistors have been used to monitor gases such as NO, NO2, NH3, and O2. However, the hydrogen detection by monolayer MoS2, has not yet been fully explored experimentally. In this work, we produce monolayer MoS2 field effect transistors (MoS2 FET) to study both electrical properties and the application in hydrogen gas detection. The MoS2 FET exhibit a response to H2 that covers a broad range of concentration (0.1-90%) at a relatively low operating temperature range (25-200 °C). Most important, H2 sensors based on MoS2 FETs show desirable properties such as full reversibility and absence of catalytic metal dopants (Pt or Pd). We proposed that such process involves dissociative H2 adsorption driven by interaction with sulfur vacancies in the MoS2 surface. Later, we present our study about the hysteresis in the source-drain current versus gate voltage as a function of the temperature in two different devices: MoS2 supported on silicon oxide (MoS2/SiO2), and MoS2 supported on boron nitride (MoS2/BN). For MoS2/BN devices, we observe an anomalous behavior of the transconductance (dISD/dVG) as a function of the temperature, which makes it impossible to obtain real mobility values for this device.
Subject: Hidrogênio
Medidas elétricas
Matéria condensada
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICX - DEPARTAMENTO DE FÍSICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Física
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/30652
Issue Date: 5-Apr-2019
Appears in Collections:Teses de Doutorado

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