Progettazione e analisi quantomeccanica di device elettronici a base di fosforene

Un’indagine quantomeccanica volta a confermare le interessanti proprietà elettroniche del fosforene è stata proposta in questo lavoro di tesi, in cui, dopo una attenta spiegazione dei metodi per l'ottenimento del fosforene e la sua struttura cristallina, si è evidenziata la presenza di un band gap in direzione di armchair e sono state valutate la densità elettronica, la densità degli stati, la differenza di potenziale elettrostatico e sono state riportate le sue proprietà meccaniche, termiche e ottiche. Ha fatto seguito la realizzazione di due device ideali basati su fosforene (il primo con condizioni periodiche ai bordi ed il secondo con passivazione con atomi di idrogeno) che hanno dimostrato i vantaggi ottenibili a seguito di un futuro utilizzo di questo materiale nell’industria dei dispositivi nanoelettronici. In particolare, sono state analizzate le curve I(V), le pendenze dI/dV, gli spettri di trasmissione, la corrente spettrale e gli autostati. Un dispositivo con elettrodi in oro è stato invece proposto per l'indagine dei fenomeni di Fermi Level Pinning che si verificano alle giunzioni metallo-semiconduttore, che causano ibridazione della struttura elettronica del fosforene e, di conseguenza, la scomparsa del suo caratteristico band gap. Infine, è stato valutato il comportamento del fosforene come sensore in presenza di molecole gassose, dove i risultati hanno dimostrato una naturale propensione di questo materiale a variare la propria caratteristica di conduzione in presenza di molecole che contengono atomi di azoto. La forte anisotropia intrinseca del fosforene lo rende adatto a numerose applicazioni e in molteplici settori, potendone sfruttare il camaleontico comportamento che assume in relazione alla direzione di indagine e a particolari variabili, quali spessore dello strato o applicazione di campi elettrici esterni.