Tese de Doutorado #354 – Natália Pereira Rezende – 05/04/2019

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 a 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, característica desejável para fabricação de dispositivos eletrônicos flexíveis. 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 detecção 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 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.