Evoluzione Morfologica di Film Sottili di MoS₂ Cristallizzati mediante Trattamento Termico con Laser UV Pulsato

Questa tesi presenta un’analisi morfologica di film sottili di MoS2 depositati su substrati SiO2/Si mediante magnetron sputtering e successivamente cristallizzati tramite trattamento termico con laser UV pulsato (PLA). La morfologia superficiale dei film, caratterizzata tramite microscopia a forza atomica (AFM), viene studiata in funzione dei parametri di processo laser (densità di energia e numero di impulsi) per campioni con spessore nominale di 8 e 4 nm, al fine di individuare le condizioni ottimali per la cristallizzazione del MoS2. Una sfida centrale dell’analisi è la corretta identificazione dei grani cristallini di MoS2 tra le diverse strutture presenti sulla superficie dei film, incluse coalescenze di materiale amorfo, particelle di pol- vere e altre impurità. A tal fine, è stato sviluppato un metodo basato sull’ispezione visiva delle immagini AFM, inclusa l’analisi dei parametri morfologici quantitativi, e la sua correlazione con la spettroscopia Raman. Questo approccio costituisce un prerequisito indispensabile per la corretta applicazione dell’algoritmo di segmentazione watershed, implementato nel software freeware Gwyddion, il quale non è in grado di distinguere autonomamente le diverse tipologie di feature superficiali. L’analisi morfologica è stata condotta su film sottoposti a due tipologie di laser annealing: impulsi ad alta densità di energia (75 e 100 mJ/cm2) e trattamenti combinati, composti da una sequenza iniziale di impulsi ad alta densità di energia seguita da una serie di impulsi a bassa densità di energia (sempre fissata a 40mJ/cm2). Per il film da 8 nm, il trattamento a 75 mJ/cm2 si rivela la condizione ottimale, promuovendo la formazione di una rete interconnessa di grani cristallini e sopprimendo la formazione di coalescenze. A 100 mJ/cm2, invece, si sviluppano progressivamente coalescenze di dimensioni maggiori con l’aumentare del numero di impulsi, con conseguente riduzione della qualità cristallina. Nel caso del film da 4 nm, il comportamento si inverte: il trattamento a 100 mJ/cm2 risulta più efficace entro un range limitato di impulsi, mentre l’utilizzo prolungato induce la formazione di vuoti superficiali con esposizione parziale del substrato. I trattamenti combinati con impulsi a bassa densità di energia (40 mJ/cm2) migliorano ulteriormente la cristallinità solo nel film da 8 nm pre-trattato con 4 impulsi a 100 mJ/cm2, mentre non producono effetti significativi in tutti gli altri casi analizzati.