Croissance van der Waals de couches 2D de matériaux chalcogénures pour l'électronique frugale

2D layers of chalcogenide materials grown by van der Waals epitaxy for frugal electronics

• Auteur / Autrice : Jules Lagrave
• Direction : Pierre Noe
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : MAT - Matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 02/10/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CEA - Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information

Mots clés

Mots clés libres

Chalcogénures

2d

Férroélectrique

Épitaxie

Spintronique

Chalcogenide

2d

Ferroelectrics

Epitaxy

Spintronics

Résumé

Les mémoires magnétiques non volatiles (MRAM), telles que les STT-MRAM (Spin-torque Transfer MRAM), apparaissent comme des dispositifs extrêmement prometteurs pour réduire la consommation d'énergie des mémoires. Dans ce contexte, un couplage spin-orbite très fort à température ambiante a été démontré dans des hétérostructures 2D de matériaux chalcogénures à base de Tellure ouvrant la voie à de nouveaux dispositifs frugaux en énergie. D'autre part, les dispositifs thermoélectriques basés sur la conversion de l'énergie thermique en énergie électrique sont au cœur des systèmes de récupération d'énergie. Une nouvelle fois, les meilleurs matériaux thermoélectriques autour de la température ambiante sont des alliages chalcogénures à base de Tellure. Par conséquent, la maitrise de la synthèse de films minces cristallins de ces matériaux chalcogénures à base de Te est essentielle pour permettre une rupture technologique dans ces deux domaines d'applications. Au cours des dernières années, au LETI nous avons développé une expertise unique dans la croissance par épitaxie de van der Waals de films chalcogénures à base de Te par la technique de dépôt industriel par co-pulvérisation magnétron. L'objectif de cette thèse est d'étendre cette méthode de synthèse à de nouveaux composés pseudo 2D à base de Bi-Sb-Te(Se) destinés à ces nouvelles applications très basse consommation. Les propriétés de ces alliages seront étudiées à l'aide de caractérisations structurales avancées (microscopie électronique, expériences de rayons X au synchrotron, spectroscopie Raman et FTIR, mesure par effet Hall,...) couplées à la microscopie à force piézoélectrique (PFM) pour analyser leurs propriétés ferroélectriques.

Non-volatile magnetic memories (MRAM), such as STT-MRAM (Spin-torque Transfer MRAM), appear to be extremely promising devices for reducing the energy consumption of memories. In this context, very strong spin-orbit coupling at ambient temperature has been demonstrated in 2D heterostructures of tellurium-based chalcogenide materials, paving the way for new energy-efficient devices. On the other hand, thermoelectric devices based on the conversion of thermal energy into electrical energy are at the core of energy recovery systems. Once again, the best thermoelectric materials at ambient temperature are Tellurium-based chalcogenide alloys. Consequently, mastering the synthesis of crystalline thin films of these Te-based chalcogenide materials is essential to enable a technological breakthrough in these two fields of application. Over the last few years, LETI has developed unique expertise in the van der Waals epitaxial growth of Te-based chalcogenide films using the industrial magnetron co-sputtering deposition technique. The aim of this thesis is to extend this synthesis method to new Bi-Sb-Te(Se)-based pseudo 2D compounds intended for these new very low consumption applications. The properties of these alloys will be studied using advanced structural characterisations (electron microscopy, synchrotron X-ray experiments, Raman and FTIR spectroscopy, Hall effect measurements, etc.) coupled with piezoelectric force microscopy (PFM) to analyse their ferroelectric properties.