Layered materials for thermal management and sensing applications

Resum

Els materials en capes 2D van der Waals s'han explorat àmpliament recentment per a aplicacions d'electrònica, optoelectrònica i detecció. Especialment perquè els transistors d'efecte de camp basats en materials en capes podrien ser una possibilitat per substituir els transistors basats en silici als xips. Tanmateix, per tal de superar la fallada del dispositiu causada pel sobreescalfament i aplicar materials en capes de manera més eficient als dispositius electrònics, es requereix una millor comprensió de les propietats tèrmiques i els mètodes de gestió tèrmica. En aquesta tesi, diversos materials en capes, com els dicalcogenurs de metalls de transició MoS2 i WS2; PtSe2 i SnSe2 es van preparar mitjançant diferents tècniques per a l'estudi de la gestió tèrmica. S'han aplicat àmpliament dues tècniques principals per mesurar la conductivitat tèrmica en el pla i en el pla creuat d'aquests materials mitjançant la termometria Raman de dos làser i la termoreflectància del domini de la freqüència, respectivament._x000D_ Les membranes autònomes SnSe2 i MoS2 de gruix variable (16 — 190 nm) es van fabricar mitjançant una combinació de mètodes d'exfoliació mecànica i de transferència en sec. Els resultats obtinguts mostren que la conductivitat tèrmica en el pla i transversal dels materials en capes augmenta amb l'augment del gruix i que la conductivitat tèrmica en el pla dels materials en capes disminueix amb l'augment de la temperatura. A SnSe2, es va trobar que la proporció d'anisotropia de conductivitat tèrmica independent del gruix era d'uns ~ 8, 4 i la conductivitat tèrmica de dependència de la temperatura es va debilitar gradualment amb la disminució del gruix._x000D_ Es van sintetitzar pel·lícules primes de PtSe2 cristal·lines (1 — 40 capes) i policristalines mitjançant la tècnica d'epitaxia de feix molecular. A més, el transport de calor entre pla balístic va ser de fins a ~ 30 capes en PtSe2, i la conductivitat tèrmica transversal de les pel·lícules policristalines era aproximadament un 35% inferior a la d'una pel·lícula de PtSe2 cristal·lina de 20 capes de gruix del mateix gruix. PtSe2 tenia la curta vida del fonó acústic en el rang de picoseguons i una constant elàstica fora del pla de 31, 8 GPa amb una velocitat de grup depenent de la capa que va des de 1340 ms-1 en bicapa fins a 1873 ms-1 en vuit capes._x000D_ El següent, per controlar la conductivitat tèrmica de MoS2, es va aplicar el recuit i el nanopattern per augmentar i disminuir la conductivitat tèrmica dels materials de MoS2, respectivament. Els nanosheets de MoS2 es van sintetitzar mitjançant el mètode d'exfoliació de solució i es van fabricar per a membranes independents. Es va trobar que la conductivitat tèrmica de la pel·lícula basada en nanosheets MoS2 va millorar aproximadament un 140% després del recuit. A més, es van fabricar membranes autònomes de MoS2 de gruix variable (4,5 - 40 nm) de la mateixa manera que la membrana SnSe2 en capes, vam estudiar la conductivitat tèrmica en el pla en funció del gruix, la porositat i la temperatura, tant a la verge com a la membranes de MoS2 suspeses amb nanopatró. Després del nanopatró amb un feix d'ions enfocat, vam obtenir una reducció de més de 10 vegades de les conductivitats tèrmiques per al període de forat de 500 nm i un valor per sota d'1 W/mK durant el període de 300 nm, que mostra que el MoS2 en capes és molt més sensible a la matriu de forats feta per nanopatró que el silici i el carbur de silici. Els resultats van ser recolzats per simulacions dinàmiques moleculars d'equilibri tant per a MoS2 prístina com amb nanopatró. També hem aplicat el MoS2 amb nanopatró per a aplicacions .....

Data del Ajut	7 de set. 2022
Idioma original	Anglès
Supervisor	Sotomayor Torres, Clivia Marfa (Director/a), Carles Navau Ros (Tutor/a) & Sledzinska , Marianna (Director/a)