Optimisation de la croissance de MoSe2 - WSe2 par épitaxie de Van der Waals pour la valleytronique

Optimization of MoSe2 - WSe2 growth by Van der Waals epitaxy for valleytronics

• Auteur / Autrice : Céline Vergnaud
• Direction : Matthieu Jamet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des matériaux
• Date : Soutenance le 02/10/2020
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Spintronique et technologie des composants (Grenoble ; 2002-....)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Berbezier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Johann Coraux
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Abdelkarim Ouerghi, Dominique Vignaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couches minces semiconductrices

Épitaxie par faisceaux moléculaires

Mots clés libres

Matériaux 2D

Epitaxie de van der Waals

Caractérisations physico-Chimiques

Magnétisme

Micro Nanofabrication

Selenide

Micro Nano-Fabrication

Transition Metal

Magnetism

Van der Waals epitaxy

Résumé

Cette thèse a pour objet l’optimisation de la croissance par épitaxie par jets moléculaires dans le régime de van der Waals de couches semi-conductrices bidimensionnelles (2D) de diséléniures de métaux de transition (MoSe2, WSe2) pour les études magnéto-optiques et électriques. Cette optimisation passe par l’amélioration de la qualité cristallographique des couches sur de grandes surfaces en ajustant les paramètres de croissances (température et flux). En particulier, la maîtrise de l’état de surface du substrat est déterminante sur les mécanismes de croissance de ces couches. L’élaboration de ces matériaux de basse dimensionnalité a nécessité l’utilisation de techniques de caractérisation avancées (Diffraction de rayons X en incidence rasante, Microscopie électronique en transmission en mode haute résolution, ect). Dans cette thèse, nous nous sommes concentrés sur deux substrats particuliers : l’oxyde de silicium et le mica. Ils présentent tous les deux la particularité d’être isolants et inertes d’un point de vue électronique, ce qui est indispensable pour sonder les propriétés optiques et électriques intrinsèques des couches 2D. Finalement, nous avons développé les dopages électrique (dopage p) pour la microélectronique et magnétique (dopage Mn) pour la valleytronique.

The purpose of this thesis is to optimize growth by molecular beam epitaxy in the van der Waals regime of two-dimensional (2D) semiconductor layers of transition metal diselenides (MoSe2, WSe2) for magneto-optical and electric studies. This optimization involves improving the crystallographic quality of the layers over large areas by adjusting the growth parameters (temperature and flux). In particular, the control of the surface state of the substrate is decisive on the growth mechanisms of these layers. The development of these low-dimensional materials required the use of advanced characterization techniques (Grazing incidence X-ray diffraction, High Resolved Transmission Electronic Microscopy, ect). In this thesis, we focused on two specific substrates : silicon oxide and mica. They both have the particularity of being insulating and inert from an electronic point of view, which is essential to probe the optical and electrical intrinsic properties of 2D layers. Finally, we developed electrical doping (p doping) for microelectronics and magnetic (Mn doping) for valleytronics.