Resumen de Propiedades ópticas y electrónicas de materiales bidimensionales semiconductores sometidos a deformación mecánica.
En esta tesis se han implementado sistemas experimentales para estudiar las propiedades ópticas y electrónicas de estos materiales 2D semiconductores sometidos a deformaciones mecánicas (capítulo 1). Se ha utilizado el puerto trinocular de un microscopio óptico para desarrollar las técnicas de microreflectancia y micro-transmitancia. Utilizando este sistema se ha implementado un microscopio confocal Raman y de micro-fotoluminiscencia de barrido, permitiendo registrar espectros con una resolución limitada por difracción.
También se ha desarrollado un sistema medida de curvas características I-Vs a una frecuencia de muestreo de 2 MHz y un sistema de iluminación monocromática, tanto continua como pulsada, para el estudio de la fotocorriente en dispositivos optoelectrónicos y su tiempo de respuesta. Para el estudio del bandgap de forma dinámica en membranas suspendidas se ha diseñado un sistema de posicionamiento con nanoindentación.
Se han estudiado las propiedades optoelectrónicas de cinco materiales bidimensionales semiconductores: franckeita, MoS2, GaSe, InSe y h-BN. A partir de medidas de micro-reflectancia se ha analizado el contraste óptico en cristales de franckeita y obtenido su índice de refracción (capítulo 2). Además, se han examinado los espesores óptimos de SiO2 y Si3N4 sobre Si que aumentan el contraste óptico facilitando su identificación mediante microscopía óptica.
Se ha medido el transporte electrónico en dispositivos verticales formados por metal-semiconductor-metal de MoS2 (capítulo 3). A partir de curvas características I-Vs se ha estudiado la fotocorriente en dispositivos verticales en los cuales los cristales son transferidos a un sustrato semi-transparente metálico de Au y el otro electrodo se deposita en forma de disco de Au por litografía de máscara. Estos dispositivos son rápidos y eficientes recolectores de carga fotogenerada al tener un canal semiconductor de longitud entre 10 y 30 nm obteniendo un tiempo de respuesta inferior a las decenas de nanosegundos.
Se ha medido el desplazamiento del borde de absorción óptico a través de medidas de micro-transmitancia en cristales de GaSe sometidos a deformación mecánica (capítulo 4). Aplicado una tensión de compresión se forman cristales ondulados generando un patrón tipo sinusoidal. En estas ondulaciones existe una deformación mecánica local, de forma que, en las crestas las deformaciones son de tipo estiramiento y en los valles la deformación es de tipo compresión. Estas deformaciones producen una variación local del bandgap del semiconductor mayor a 1 eV, entre las zonas estiradas y comprimidas del cristal ondulado. Estas medidas son comparadas con cálculos DFT realizados por un grupo colaborador obteniéndose un buen acuerdo entre ambos.
Se ha diseñado una técnica para obtener membranas suspendidas sobre sustratos de Si3N4 de forma que ambos lados de la membrana son accesibles. Se puede someter al cristal a una deformación local por un lado mientras por el otro se puede realizar espectroscopía de micro-fotoluminiscencia sin que las medidas sean afectadas por el oscurecimiento del nanoindentador (capítulo 5). Se han transferido cristales de InSe sobre sustratos de 200 nm de Si3N4 que permiten estudiar de manera confocal tanto la excitación como la detección de la espectroscopía de micro-fotoluminiscencia junto con la nanoindentación utilizando una punta de AFM. Este diseño permite estudiar la pretensión y la distribución de la deformación producida en las membranas cuando son sometidas a una carga puntual con el nanoindentador. Las membranas son sometidas a repeticiones de más de 100 ciclos de carga preservando sus propiedades optoelectrónicas y mecánicas.
También se ha estudiado la presencia de candidatos a emisores de fotón único en cristales de h-BN y GaSe presentes tanto de forma nativa como inducida (capítulo 6). Para ello se han transferido cristales de GaSe sobre micro-esferas de poliestireno depositadas sobre sustratos de SiO2/Si. De esta forma los cristales de GaSe resultan sometidos a altas deformaciones locales en las que pueden encontrarse candidatos a emisores de fotón único.
