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Resumen de Fabrication and Characterization of Hybrid Graphene Devices

Andrés Black Morocoima

  • Han transcurrido más de diez años desde el descubrimiento del grafeno. En este tiempo, sus propiedades básicas se han explorado a fondo, y en gran medida, entendido. En los últimos años, los investigadores han empezado a explorar un número creciente de posibles aplicaciones para el grafeno, iniciando los pasos preliminares en el desarrollo de tecnologías útiles basadas en este extraordinario material. Muchas aplicaciones requieren sintonizar algunas de las propiedades del grafeno, o incluso conferirle propiedades extrínsecas. Ésto se puede conseguir combinando el grafeno con otras moléculas, compuestos químicos, películas delgadas o incluso otros tipos de materiales y estructuras de baja dimensionalidad. Esta forma de complementar las propiedades del grafeno es el tema principal de esta tesis. Los métodos y procesos empleados en esta tesis se llevaron a cabo tomando en cuenta posibles futuras aplicaciones tecnológicas. Por lo tanto, el grafeno empleado en este trabajo de tesis doctoral es de gran supercie (>1cm2), crecido mediante un proceso industrialmente escalable, como es la deposición química en fase vapor, y todos los dispositivos se fabricaron usando técnicas de fotolitografía de alto rendimiento. El desarrollo de estos procesos tecnológicos, con el objetivo de producir dispositivos de grafeno de calidad, constituyen el primer resultado principal de esta tesis. Posteriormente, se exploraron métodos para modicar el dopaje de los dispositivos de grafeno, mediante funcionalización química en vapor. Como resultado, se obtuvieron dispositivos híbridos de grafeno con una molécula orgánica dopante tipo p o n.

    Con el n de encapsular los dispositivos, de tal modo que los cambios en el dopaje fueran permanentes y constantes en el tiempo, se crecieron películas de óxido sobre los dispositivos funcionalizados mediante deposición de capa atómica y/o evaporación térmica. Se exploraron varios métodos para obtener películas de calidad sin comprometer excesivamente el dopaje químico. Un segundo tipo de dispositivo híbrido de grafeno se creó integrando al grafeno con películas uorescentes de puntos cuánticos coloidales encapsulados (PCCE) en silica. Estas películas de PCCE se transrieron a sustratos recubiertos en grafeno mediante el método Langmuir-Blodgett, técnica capaz de depositar películas de nanomateriales homogéneas y de gran supercie. Las heteroestructuras resultantes de grafeno/PCCE exhibieron varios procesos físicos interesantes, tales como la amplicación o reducción de la emisión uorescente de los PCCEs en función a su entorno próximo (SiO2, oro o grafeno).

    Los procesos de transferencia energética se han descartado como posible explicación de estas observaciones, y se proponen otros posibles mecanismos. Mediante un proceso optimizado de microfabricación, se realizaron dispositivos con las heteroestructuras. Medidas de transporte eléctrico mostraron que las películas de PCCE poseen propiedades aislantes excelentes, permitiendo su uso como capa dieléctrica en medidas eléctricas de efecto campo.

    Además, se ha demostrado que los dispositivo híbridos fabricados mediante heteroestructuras grafeno/PCCE/grafeno son capaces de fotodetectar radicación en el rango del UV/Vis.

    Se propone un mecanismo de ganancia fotoconductiva mediado por atrapamiento de cargas en la película de PCCEs.


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