Resumo: O sulfeto de zinco (ZnS) é um importante material semicondutor com diversas aplicações como sensores, fotocatálise, células solares, entre outros. O ZnS em sua forma volumétrica possui duas fases cristalográficas conhecidas como zincblenda (ZB) e wurtzita (WZ), sendo a forma cúbica (ZB) a fase mais estável em condições ambiente. Na tentativa de modificar as propriedades de materiais envolvendo ZnS, a síntese e o crescimento de várias nanoestruturas de ZnS têm atraído grande interesse da comunidade científica. No entanto, na literatura existem poucos relatos sobre o crescimento epitaxial de filmes ultrafinos. Nesta dissertação, apresentamos uma investigação sistemática de como preparar filmes ultrafinos epitaxiais de ZnS em superfícies metálicas e como diferentes métodos de preparação podem influenciar a estrutura atômica, morfologia e estabilidade dos filmes ultrafinos após tratamento térmico em ultra-alto vácuo (UHV). As poucas camadas atômicas epitaxiais de ZnS(111) foram crescidas sobre um monocristal de Ag(111) empregando a técnica de epitaxia por feixe molecular com fonte gasosa (GSMBE) usando duas metodologias diferentes, chamadas ''crescimento à temperatura ambiente'' e ''crescimento à quente''. Os filmes ultrafinos foram caracterizados por múltiplas técnicas sensíveis à superfície: espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS), difração de fotoelétrons (XPD), difração de elétrons de baixa energia (LEED) e microscopia de varredura por tunelamento (STM). No ''crescimento à temperatura ambiente'', o XPS resolvido em ângulo indica a formação de um filme de aproximadamente ~1 nm de ZnS estequiométrico. Os padrões LEED indicam uma predominância da reconstrução ZnS(3x3)/Ag(4x4) na superfície. As imagens STM mostram que o filme cresceu em regiões planas, grandes e bem ordenadas, mostrando a presença de domínios ZnS(2x2) e ZnS(1x1). O XPD propõe que a estrutura tenha uma terminação de Zn com duas camadas e uma predominância de ZnS(3x3) na superfície em concordância com os resultados de LEED. No ''crescimento à quente'', o XPS também demonstra a formação de um filme ultrafino e estequiométrico de ZnS. No entanto, LEED e STM indicam a predominância na superfície da reconstrução ZnS(2x2)/Ag(4x4) Ver menos

Abstract: Zinc Sulfide (ZnS) is an important semiconductor material with various applications such as sensors, photocatalysis, and solar cells, among others. Bulk ZnS has two crystallographic phases known as zincblende (ZB) and wurtzite (WZ), with the cubic form (ZB) being the most stable phase under environmental conditions. In an attempt to modify the properties of materials involving bulk ZnS, the synthesis and growth of various ZnS nanostructures have attracted great interest. However, in the literature, there are only a few reports on the epitaxial growth of ultrathin films. In this dissertation, we present a systematic investigation of how to prepare epitaxial ultrathin films of ZnS on metal surfaces and how different preparation methods can influence the atomic structure, morphology, and stability of the film upon annealing under an ultra-high vacuum (UHV) environment. The few epitaxial atomic layers of ZnS(111) were grown on Ag(111) employing the gas source molecular beam epitaxy (GSMBE) technique using two different methodologies called "room temperature growth" and "hot growth". The ultrathin film was characterized by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray photoelectron diffraction (XPD), low energy electron diffraction (LEED), and scanning tunneling microscopy (STM). In "room temperature growth", angle-resolved XPS indicates the formation of a stoichiometric ZnS ultrathin film with a thickness of ~1 nm. LEED patterns indicate a predominance of the ZnS(3x3)/Ag(4x4) reconstruction at the surface. STM images show that it grew in flat, large, and well-ordered regions showing the presence of ZnS(2x2) and ZnS(1x1) domains. XPD proposes that the structure has a Zn termination with two layers and a predominance of ZnS(3x3) on the surface. In "hot growth" XPS also demonstrates the formation of ZnS. However, LEED and STM indicate the predominance of the ZnS(2x2)/Ag(4x4) surface reconstruction Ver menos