EN Analysis of the physical properties thin film interfaces metal/PtSe2

polish

PL Możliwości aplikacyjne materiałów dwuwymiarowych, wynikające z ich unikalnych właściwości fizykochemicznych, są obecnie intensywnie badane. Prace koncentrują się na określaniu ich charakterystyk materiałowych oraz integracji z istniejącą technologią CMOS, w której kluczową rolę odgrywają interakcje w obszarze interfejsu metal–materiał dwuwymiarowy. Jednym z obiecujących kandydatów do zastosowania w tej technologii jest diselenek platyny (PtSe2), wyróżniający się m.in. dużą stabilnością chemiczną oraz przewidywaną wysoką ruchliwością nośników ładunku elektrycznego. Niniejsza rozprawa doktorska koncentruje się na eksperymentalnej i komplementarnej analizie właściwości układów fizycznych zawierających określoną liczbę monowarstw PtSe2 osadzonych na podłożu izolującym oraz cienkowarstwowych interfejsów metal / PtSe2. Wybrane metale (Ti, Cr, Ni, Pd i Pt) pełnią funkcję warstw buforowych elektrod stosowanych w prototypach urządzeń elektronowych bazujących na materiałach warstwowych. Dodatkowo opracowano procedurę strukturyzacji urządzeń elektronowych wykorzystujących warstwy PtSe2 osadzone na podłożu Al2O3. W części eksperymentalnej zastosowano standardowe techniki analizy fizyki powierzchni, w tym m.in. spektroskopię Ramana, rentgenowską spektrometrię fotoelektronów oraz techniki mikroskopowe: skaningową mikroskopię elektronową i mikroskopię sił atomowych. Proces strukturyzacji obejmował magnetronową depozycję metali (DC), trawienie plazmowe Ar+ oraz optyczną litografię bezmaskową. Najważniejsze wyniki uzyskane w ramach rozprawy obejmują: I. Wyznaczenie widm Ramana dla układów 1–10 ML PtSe2 / Al2O3 oraz ich analiza pod kątem różnicowania grubości i jakości w porównaniu do kryształu PtSe2. II. Określenie oddziaływań chemicznych i morfologii powierzchni dla warstw metalicznych, o grubościach 10 i 15 [nm], wytworzonych na powierzchni PtSe2. III. Opracowanie i weryfikacja procedury strukturyzacji urządzeń elektronowych wykorzystujących warstwę 3ML PtSe2 na Al2O3, w oparciu o strukturę TLM i elektrody metaliczne Ni (20 [nm]) / Au (40 [nm]). Praca doktorska składa się z siedmiu rozdziałów, w tym wstępu i podsumowania. W rozdziale drugim przedstawiono właściwości materiałów warstwowych, ze szczególnym uwzględnieniem PtSe2. Rozdział trzeci opisuje przygotowanie badanych układów oraz zastosowaną metodologię pomiarową. W kolejnych rozdziałach zaprezentowano wyniki eksperymentalne i ich analizę. Rozdział czwarty dotyczy badanych układów cienkowarstwowych PtSe2 / Al2O3, rozdział piąty zawiera dyskusję właściwości fizykochemicznych interfejsów metal / PtSe2, a w rozdziale szóstym przedstawiono opracowaną metodę strukturyzacji i wyniki metody długości transferu (TLM) dla strukturowanego układu 3ML PtSe2 / Al2O3.

EN The potential applications of two-dimensional materials, arising from their unique physicochemical properties, are being intensively studied. Current research focuses on characterizing these materials' properties and integrating them with existing CMOS technology, where interactions at metal / 2D-material interfaces play a crucial role. One of the most promising candidates for this technology is platinum diselenide (PtSe2), which, among others, exhibits high chemical stability and is expected to have high mobility of electric charge carriers. This doctoral dissertation focuses on the experimental analysis of the physical properties of PtSe2-based systems containing a specified number of monolayers deposited on an insulating substrate, as well as thin-film metal / PtSe2 interfaces. The selected metals (Ti, Cr, Ni, Pd, and Pt) used in these interfaces typically serve as buffer layers for electrodes in prototype electronic devices based on layered materials. Furthermore, a procedure for fabricating simple electronic devices using PtSe2 layers deposited on an Al2O3 substrate has been developed. The experimental work employed standard surface physics analysis techniques, including Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and microscopic techniques such as scanning electron microscopy and atomic force microscopy. The structuring process involved two steps of maskless optical lithography, followed by Ar+ plasma etching and DC magnetron metal deposition. The most significant results obtained in this dissertation include: I. Determination of Raman spectra for 1-10 ML PtSe2 / Al2O3 systems and their analysis in terms of thickness and quality compared to the bulk crystal. II. Characterization of chemical interactions and surface morphology for 10 and 15 [nm] thick metallic layers formed on the PtSe2 surface. III. Development and verification of the electron device structuring procedure using the TLM structure, which incorporates Ni (20 [nm]) / Au (40 [nm]) metal electrodes on a 3ML PtSe2 layer deposited on Al2O3. This doctoral thesis comprises seven chapters, including an introduction and a summary. The second chapter presents the properties of layered materials, with particular emphasis on PtSe2. The third chapter describes the preparation of the studied samples and the applied measurement methodology. The subsequent chapters present experimental results and their analysis: the fourth chapter discusses the PtSe2 / Al2O3 thin-film systems, the fifth chapter examines the physicochemical properties of the metal / PtSe2 interfaces, and the sixth chapter details the developed structuring method and Transfer Length Method (TLM) results for the structured 3 ML PtSe2 / Al2O3 system.

222

materials engineering

Download file

public

Barbara Kościelska

Gdańsk, Polska

17.07.2025

polish

Download file

public

Piotr Kuświk

Poznań, Polska

11.08.2025

polish

Download file

public

Ryszard Zdyb

polish

Download file

public

dissertation before defense

Poznań, Polska

24.10.2025