Γραφένιο και διδιάστατα υλικά για εφαρμογές στην νανοηλεκτρονική

Abstract

In this thesis two-dimensional materials were studied. We investigated their growth, their physical properties and their possible applicability in electronic devices. Specifically we investigated the growth of graphene on nickel substrates which offer the potential for growth procedures with chemical vapor deposition in temperatures much lower than those typically used. Furthermore, we created device which combine the classic CMOS structure of MOSFET transistors with the two-dimensional nature of graphene. The graphene films were embedded in the gate of capacitive devices and we studied its effect on the phenomenon of quantum negative capacitance. Finally, we investigated and achieved the growth of two-dimensional films of Hafnium Ditelluride – HfTe2. We studied the quality of the film, its crystalline structure and for the first time its electronic structure, which showed signs for the existence of Dirac cone like in graphene.

Στην παρούσα διατριβή μελετήθηκαν διδιάστατα υλικά και διερευνήθηκε η δυνατότητα ανάπτυξής τους, οι φυσικές τους ιδιότητες καθώς και η πιθανή εφαρμογή τους σε ηλεκτρονικές διατάξεις. Διερευνήθηκε η ανάπτυξή του γραφενίου σε υποστρώματα νικελίου τα οποία προσφέρουν την δυνατότητα για διαδικασίες ανάπτυξης με χημική εναπόθεση ατμών σε θερμοκρασίες αρκετά χαμηλότερες από αυτές που τυπικά χρησιμοποιούνται. Περαιτέρω κατασκευάστηκαν διατάξεις οι οποίες συνδυάζουν την κλασσική CMOS δομή του MOSFET τρανζίστορ με την διδιάστατη φύση του γραφενίου. Το γραφένιο ενσωματώθηκε στην πύλη πυκνωτικών διατάξεων και δομών τρανζίστορ και μελετήθηκε η επίδρασή του από την σκοπιά του φαινομένου της κβαντικής αρνητικής χωρητικότητας. Τέλος, πέραν του γραφενίου διερευνήθηκε και επιτεύχθηκε η ανάπτυξη ενός άλλου διδιάστατου υλικού, του διτελλουριδίου του αφνίου – HfTe2. Μελετήθηκε η ποιότητα του υμενίου, η κρυσταλλική δομή καθώς και για πρώτη φορά η ηλεκτρονιακή δομή του υλικού η οποία υπέδειξε την ύπαρξη κώνου Dirac όπως στο γραφένιο.