Thèse soutenue

Etude du spalling comme procédé de transfert du Graphène et d'autres matériaux 2D
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Auteur / Autrice : Julien David-Vifflantzeff
Direction : François RieutordLucie Le Van-JodinHanako Okuno
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Nanophysique
Date : Soutenance le 25/04/2022
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information (Grenoble ; 1967-....)
Jury : Président / Présidente : Hubert Renevier
Examinateurs / Examinatrices : Cécile Delacour, Pierre Legagneux, Hélène Le Poche
Rapporteurs / Rapporteuses : Matteo Ciccotti, Henri Happy

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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L’objectif de cette thèse a été de compléter notre compréhension du transfert par spalling (décollement assisté par un film contraint), appliqué aux matériaux 2D. Pour cela, un procédé de transfert utilisant une couche de nickel contrainte a été développé jusqu’à permettre le transfert de graphène et de MoS2 de façon reproductible. En particulier les problèmes liés à la préservation du 2D lors du dépôt métallique, aux conditions de collage du film sur le substrat final et à la dissolution du film métallique après transfert ont été résolus ou optimisés. Le comportement mécanique des films 2D, leur taux de délamination et de report ainsi que leur stress résiduel après transfert ont été étudiés pour différentes épaisseurs et contraintes de la poignée métallique. Dans le cas où l’adhésion du 2D à la poignée en nickel est supérieure à son adhésion au substrat de croissance, aucune influence de la contrainte de la poignée sur la délamination n’a été observée : la délamination est toujours totale. Dans le cas où ces énergies d’adhésion sont équivalentes, une contrainte suffisante de la poignée est nécessaire pour assurer la délamination. Le couple épaisseur/contrainte du film métallique n’a pas eu d’impact mesurable sur le taux de collage sur substrat plan. Enfin, pour tous les matériaux 2D étudiés le transfert par spalling n’entraine pas de stress résiduel significatif. L’impact du transfert au niveau physico-chimique a également été évalué par spectroscopie Raman, XPS et TEM et comparé avec le transfert wet avec poignée en polymère. Davantage de défauts cristallins, correspondant à des trous nanométriques, ont été observés pour le transfert par spalling. Les deux transferts induisent un dopage P du graphène, plus inhomogène pour le spalling et attribué aux résidus de Ni. Enfin, les performances électriques après transfert wet et par spalling ont été mesurées. Aucune différence significative entre ces deux transferts n’est observée au niveau de la mobilité des porteurs de charges, estimée à 1,1*103 ± 0,1*103 cm2.V-1.s-1. Les travaux présentés ici devraient permettre d’ouvrir la voie vers le développement à large échelle du transfert de matériaux 2D par spalling.