Halogenação de materiais 2D

Abstract

Materiais 2D têm recebido grande atenção da comunidade científica devido ao seu potencial no processo de miniaturização de dispositivos microeletrônicos. Porém, muitas vezes a adaptação de suas propriedades é necessária à sua aplicação. Esta adaptação pode ser realizada por meio da funcionalização utilizando halogêneos, como F e Cl. Nesta tese são apresentadas técnicas de halogenação para a modificação das propriedades do grafeno crescido por deposição de vapor químico (CVD), de grafeno e nanofitas de grafeno crescidos epitaxialmente sobre SiC, e do MoS2 monocamada. A cloração fotoquímica do grafeno CVD resulta em ligações iônicas fracas Cl-C, levando à dopagem e à diminuição da resistência de folha. Por sua vez, a fluoração pela exposição a XeF2 do grafeno CVD resulta na ligação covalente de F à estrutura do grafeno, alterando a hibridização dos átomos de C. No entanto, um procedimento de exposição em pulsos de gás é necessário para evitar o processo de corrosão. Os efeitos da cloração também foram investigados no caso do grafeno e nanofitas sobre SiC. O grafeno epitaxial mostrou-se significativamente mais inerte à cloração. Não obstante, a cloração pode ser utilizada para modificar as tensões mecânicas aplicadas ao mesmo. Finalmente, técnicas para a incorporação de dopantes de F e de Cl no MoS2 são apresentadas. Enquanto o MoS2 necessita apenas ser exposto a XeF2 para ser fluorado, a criação prévia de vacâncias de S é necessária à cloração fotoquímica. Conclui-se que os métodos de halogenação apresentados nesta Tese são poderosas ferramentas para a modificação de materiais 2D. Tais modificações permitiriam a adaptação das propriedades destes materiais, aumentando a versatilidade dos mesmos para a utilização na indústria microelétrônica.

2D materials have drawn the attention of the scientific community due to their potential in the miniaturization process of microelectronic devices. However, their application often requires that properties have to be adapted. Some adaptations can be performed by means of functionalization using halogens such as F and Cl. In this thesis, halogenation techniques are presented aiming the modification of graphene grown by chemical vapor deposition (CVD), epitaxial graphene sheets and nanoribbons grown on SiC, and monolayer MoS2 grown by CVD. The photochemical chlorination of CVD graphene results in Cl-C weak ionic bonding, leading to doping and lowering of sheet resistance. Fluorination by exposure to XeF2 results in the covalent bonding of F to the graphene structure, altering the hybridization of C atoms. However, a pulsed procedure is needed to prevent etching. The effects of chlorination were also investigated for graphene and graphene nanoribbons on SiC. The epitaxial graphene was shown to be significantly more inert to the photochlorination. Even so, this technique can be used to modify the mechanical tensions applied to graphene. Finally, techniques for the incorporation of F and Cl dopants on MoS2 are presented. While exposure to XeF2 is enough to incorporate F, photochemical chlorination requires the creation of S vacancies by a previous processing step. We have shown that the halogenation methods presented in this work are powerful tools for the modification of 2D materiais. This modification would allow the enhancement of the versatility of 2D materials for their application in the microelectronic industry.