ESTUDO DE PROPRIEDADES VIBRACIONAIS E ELETRÔNICAS DE MONOCAMADA DE WSE2 SUSPENSO E SUPORTADO VARIANDO TEMPERATURA

Abstract

RESUMO: Nesse trabalho, realizou-se estudos de monocamada de WSe2, crescido por CVD e transferido para um substrato perfurado de SiO2/Si, em dependência com a temperatura e potência de excitação através das técnicas de espectroscopia Raman e fotoluminescência. A morfologia da amostra foi analisada por AFM que revelou a existência de resíduos poliméricos e por conta disso a altura do ake foi de 1,63 nm o esperado para a monocamada de WSe2 ~ 1 nm. O modo Raman A1g (fora do plano) por ser o mais intenso foi o objeto das investigações desse trabalho, observou-se que com o aumento de temperatura no intervalo de 98-513 K, o modo A1g deslocou-se linearmente para menores números de onda, e através da inclinação do gráfico da Número de Onda vs: Temperatura obteve-se o coeficiente de temperatura de primeira ordem β de -0,0044 e -0,0064 cm_1/K para a monocamada de WSe2 suspenso e suportado, respectivamente. O alto valor do coeficiente β para a amostra suportada, em relação amostral suspensa, está relacionado ao aumento da anarmonicidade devido ao espalhamento de f^onon com a superfície rugosa do substrato de Si. Os parâmetros de Grüneisen foram obtidos através dos coeficientes de temperatura, coeficiente de expansão térmica e o modo A1g, para a monocamada suspensa e suportada e os valores foram de 0,73 e 1,06, respectivamente. Essas análises revelaram a inuencia do substrato de Si nas propriedades térmicas da monocamada de WSe2, que pode ser útil no desenvolvimento de dispositivos à base de materiais 2D atomicamente finos. Estudos de fotoluminescência em dependência com a temperatura e potência de excitação buscou-se entender as propriedades de emissão de fótons e dinâmica de éxciton. Verificou-se um pico de emissão de fotoluminescência de éxciton localizados entre 1,64 e 1,69 eV do gráfico da Energia vs: Temperatura, que possui uma forma assimétrica. Além disso, foi observado emissão por éxciton que pode estar relacionado a efeitos indesejados como resíduos poliméricos deixados após as etapas de transferência, a própria rugosidade do substrato entre outros, vistos através dos deslocamentos para menores valores de energia nos espectros. Portanto o entendimento das complexas propriedades excit^onicas da monocamada de WSe2 são de grande interesse para se alcançar novos dispositivos optoeletrônicos.

ABSTRACT: In this work were performed on the WSe2 monolayer, grown by CVD and transferred to a SiO2/Si substrate, temperature-dependent and photoluminescence properties, by Raman and PL spectroscopy. The morphology of the sample was confirmed by AFM revealing the existence of polymeric residues and the ake height was 1,63 nm, while the expected for the WSe2 monolayer ~ 1 nm. The Raman A1g (out-of-plane) mode was the subject of the investigations of this work, it was observed that with the temperature increase in the range of 98-513 K, the A1g phonon wavenumber is linearly red-shifted, and by the slope Wavenumber vs: Temperature the first-order temperature coeficient _ of -0,0044 and -0,0064 cm_1/K for suspended and supported, respectively. The high value of the coefficient β for the supported sample, compared to the suspended sample, is related to the increase of phonon anharmonicity due to the phonon scattering with the rough surface of Si substrate. Grüneisen parameters were obtained by temperature coefficients, thermal expansion coefficient and vibration mode A1g, for the suspended and supported monolayer and the values were 0,73 and 1,06, respectively. These analyzes revealed the inuence of Si substrate on the thermal properties of the monolayer WSe2 and may be useful in the development of atomically-thin 2D material-based devices. Temperature and excitation power-dependent PL studies are carried out to understand the properties of exciton emissions and exciton dynamics. There was a PL emission peak of localized excitons between 1,64 and 1,69 eV from the Energy vs: Temperature graph, which has an asymmetric line shape. Furthermore, exciton emission was observed that may be related to undesirable effects, such as polymeric residues left after the transfer steps, substrate roughness, among others, seen through the changes to lower energy values in the spectra. Therefore understanding the complex excitonic properties of the monolayer WSe2 is of great interest to achieve new optoelectronic devices.