Molybdenum disulfide and molecular thin films integration into devices for molecular electronics and spintronics

Bc. Josef Světlík

Master's thesis

Abstract:

Classical devices employing Si are almost reaching their physical limits and alternatives, based on entirely new materials and principles, are being investigated and slowly penetrate from laboratory to industry. Examples of such new materials, which appear promising to be once used in the semiconducting industry, are two-dimensional (2D) materials and functional molecules due to their small dimensionality, low price, and unique functionalities. This master thesis focuses on techniques to integrate 2D materials and molecular thin films into devices and study their properties. First, a molybdenum disulfide (MoS2)-based field-effect transistor (FET) was fabricated and functionalized with spin-crossover (SCO) nanoparticles (NPs). Effect of SCO NPs on MoS2 electronic properties by switching between two distinct states using an external stimulus was investigated. Second, an integration method of 2D materials into a magnetic tunnel junction (MTJ) was being developed for spintronic applications. Benefits and drawbacks of the chosen method are discussed. Finally, the possibility to integrate thin SCO molecular films into vertical spin-valves directly through their evaporation using a shadow mask was investigated.

Abstract:

Klasické zařízení, využívající Si, téměř dosahují svých fyzikálních limit a alternativy založené na zcela nových materiálech a principech jsou zkoumány a pomalu přecházejí z laboratoří do průmyslu. Příkladem těchto nových materiálů, které se zdají býti slibné pro jejich budoucí využití v polovodičovém průmyslu, jsou dvou-dimenzionální (2D) materiály a funkční molekuly díky jejich malým rozměrům, levnosti a nevšedním vlastnostem. Tato diplomová práce se zaměřuje na integrační techniky 2D materiálů a molekulárních tenkých vrstev do zařízení a na studium jejich vlastností. Nejdříve je využit sulfid molybdeničitý (MoS2) k přípravě tranzistoru a následně funkcionalizován spin-crossover (SCO) nanočásticemi (NPs). Vliv SCO NPs na elektronické vlastnosti MoS2 skrze spínání mezi dvěma odlišnými stavy s využitím vnějšího stimulu je zkoumán. Dále je vyvíjena integrační metoda 2D materiálů do magnetického tunelovacího spoje (MTJ) pro spintronické aplikace. Výhody a nevýhody zvolené metody jsou diskutovány. Nakonce je vyšetřována možnost integrace tenkých molekulárních vrstev do vertikálních zařízení přímo skrze jejich napařování s pomocí stínící masky.

Keywords

2D materiály, sulfid molybdeničitý, spin-crossover molekuly, spin-crossover nanočástice, elektronika, spintronika

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 4. 2019

Thesis defence

• Supervisor: RNDr. Michal Řezanka, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Mechatronics, Informatics and Interdisciplinary Studies

Master programme / field:
Nanotechnology / Nanomaterials