Dr. Toma Stoica
Dr. Ciurea Lidia Magdalena
Dr. Ionel Stavarache
Dr. Adrian Slav
Dr. Ana-Maria Lepadatu
Dr. Elena Matei
Dr. Catalin Palade
Dr. Ioana Maria Avram Dascalescu
Doctorand Ovidiu Cojocaru

REZUMATUL ETAPEI 1

Scopul proiectului 2DOPTOSENS este fabricarea de senzori optoelectrici multifunctionali obtinuti prin nucleere si crestere selectiva de straturi subtiri 2D-MoS₂ pe suporti structurati de SiO₂/Si prin metoda de depure fizica din vapori.

Etapa 1/2022 are ca obiectiv principal pregatirea conditilor de realizare de depuneri selective de 2D-MoS₂ si de fabricare de dispozitive optoelectronice in etapele urmatoare, prin studii privind parametrii de funtionare a reactorului 2D-MoS2 si probe test de depuneri pe suporti stucturati, precum si proiectare masti.Acest obiectiv a fost realizat prin activitatile propuse pentru Etapa 1 din Planul de Realizare: ● Calibrarea parametrilor de functionare ale reactorului 2D-MoS₂; ● Cresteri PVD de 2D-MoS₂ pe suporti test; ● Caracterizare statistica a cresterilor de 2D-MoS₂; ● Caracterizare morfologica si de structura; ● Crearea paginii web a proiectului si actualizare permanenta.

In aceasta Etapa s-au facut experimente de aflarea parametrilor instalatiei, a performantelor depunerilor pe suporti structurati si nestructurati care au dus la intelegerea aprofundata a proceselor implicate in aceste cresteri de straturi 2D-MoS₂ si stabilirea unor masuri de imbunatatire a depunerilor si a caracterizarilor lor. In primul rand s-au investigat parametrii si conditiilor de functionare ale instalatiei si ale procesului de depunere si s-au adus imbunatatiri micsorandu-se rata scaparilor cu peste un ordin de marime. Masuratorile de termogravimetrie au aratat stabilitatea pulberii de MoS₂ pana la 1100^oC in atmosfera inerta, dar si oxidarea ei la peste 500^oC in atmosfera continand oxigen, demonstrand astfel importanta reducerii urmelor de oxigen in atmosfera de lucru, reactia de schimb de inlocuire a S de catre O fiind mai puternica cu cat presiunea partiala de oxigen este mai mare si cu cat temperatura este mai mare. Gradientul teperaturii in cuptor in interiorul tubului a fost calibrat in vederea evaluarii temperaturii probelor in timpul depunerilor. Compozitia si calitatea cristalina a sursei de MoS₂ a fost testata prin masuratori Raman. Au fost realizate un numar de 10 depuneri test de 2D-MoS₂ variind diversi parametri precum temperaturile setate la cele trei zone ale cuptorului (temperatura la pulberea de MoS₂ setata intre intre 970^oC si 1050^oC), durata depunerii (30 – 720 min), fluxul de Ar (36 – 144 sccm) si presiunea de lucru (10 – 27 mbar). S-au folosit suporti de SiO₂/Si de 1x1 cm² cu strat de SiO₂ de ~300nm grosime, fie structurati cu ferestre de SiO₂ obtinute prin corodare chimica in HF, sau nestructurati. Statistica pe un numar de 12-18 probe/depunere a cresterilor selective prin nucleere in ferestrele de SiO₂, precum si la marginea plachetelor a fost investigata prin microscopie optica. Gradientul de temperatura realizat in cuptorul cu trei zone asigura temperaturi de depunere tot mai scazute cu cat probele au fost situate la distante mai mari de zona cea mai fierbinte in care a fost plasata pulberea de MoS₂. Depuneri selective consistente sunt observate de la 10 cm pana la 25 cm distanta fata de sursa de MoS₂ la temperaturi sub 800^oC si peste 630^oC. Zona de eficienta maxima a depunerii se extinde si se deplaseaza usor la cresterea fluxului de Ar si scaderea presiunii de lucru. Masuratorile de imprastiere Raman au aratat ca urmele de oxigen in atmosfera de lucru au ca efect oxidarea depunerilor de MoS₂ si transformarea acestora in MoO₂ monoclinic. Prin scaderea scaparilor de vid s-au obtinut depuneri selective de MoS₂ cristalin neoxidat. In aceasta etapa au fost efectuate si teste de depuneri folosind suporti structurati prin depunerea de straifuri de Mo metalic, care au aratat acumularea de MoS₂ depus la marginea acestor straifuri. Pentru cresterea eficientei si a calitatii depunerilor de 2D-MoS₂, se va urmari pe viitor cresterea gradientul de temperatura si a vidului limita. Pentru etapele urmatoare au fost proiectate masti fotolitografice pentru structurarea suportilor inaintea depunerilor si a electrozilor dispozitivelor pentru masuratori opoelectronice.

In concluzie, obiectivele si activitatile propuse pentru Etapa 1/2022 au fost integral realizate.

Persoana de contact:

Director proiect:  Dr. Toma Stoica

INSTITUTUL NATIONAL DE CERCETARE - DEZVOLTARE PENTRU FIZICA MATERIALELOR, Str. Atomistilor Nr. 405A., 077125 Magurele, ROMANIA

Tel:+40--(0)21-2418-171

Email: toma.stoica@infim .ro