Gas interactions with the surface of black phosphorus

Autor(es)

Gabriel Pereira Freitas

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Física Gleb Wataghin
• Data de defesa: 2018-09-13

Membros da banca

Tulio Costa Rizuti da Rocha; Jonder Morais; Cris Adriano

• Orientador: Abner de Siervo; Tulio Costa Rizuti da Rocha

Resumo

Fósforo Negro (BP) é um semicondutor de multi-camadas, onde cada mono-camada é denominada fosforeno. Ao contrário do grafeno, BP apresenta um bandgap direto na região da luz-visível modificável de acordo com o número de camadas. As duas direções distintas no plano da superfície de van-der-Waals produzem uma anisotropia intrínseca da mobilidade de portadores. Como um material bidimensional completar, BP é relevante para aplicações em eletrônica de alta-frequência. No entanto, BP é instável em condições ambientes, oxidando e sofrendo completa degradação. Oxigênio, água e luz são fatores importantes no processo de oxidação, embora o mecanismo de reação ainda não é completamente entendido. Por outro lado, a presença de uma camada de óxido isolante crescido de forma controlada pode ser uma vantagem.Neste trabalho realizamos experimentos de espectroscopia de fotoemissão em pressão ambiente (AP-XPS) com luz síncrotron para estudar a oxidação do BP sob uma atmosfera controlada. Usando informações sobre estequiometria e energias de ligação, em conjunto com cálculos de DFT, nós investigamos a estrutura atômica e eletrônica do óxido de fosforeno (PO) e da heteroestrutura com o BP. Quando exposto a uma atmosfera de água deoxigenada, não observamos nenhuma oxidação. Por outro lado, quando exposto à uma atmosfera de oxigênio seco, uma camada de PO cresceu até uma espessura de 1.35 nm depois de 2.5 horas. Adiante, nenhuma oxidação ocorreu após a formação de camada de passivação. Utilizando dados de estequiometria determinados pelo AP-XPS, nós propusemos uma estrutura atômica sem precedente, o P4O8. Essa estrutura é corroborada por cálculos de DFT. Notavelmente, medidas espectroscópicas em função da profundidade abaixo da superfície mostraram deslocamentos de níveis de caroço e de banda de valência, tanto para o óxido quanto para o fósforo negro, da ordem de 0.2 eV. Esses deslocamentos diminuem para camadas mais profundas. Em sumário, nossos resultados indicaram o crescimento de uma camada passivadora de PO, que modifica a estrutura eletrônica das camadas de fosforeno abaixo. Essas descobertas podem ajudar futuras pesquisas de dispositivos baseados em BP ao controlar o crescimento do óxido e arranha a superfície das investigações da química de superfície desse material (AU)

• Processo FAPESP: 16/06798-2 - Interação de gases com a superfície do fósforo negro
• Beneficiário: Gabriel Pereira Freitas
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado