22 février 2017
Synthèse par épitaxie sur saphir du matériau bidimensionnel MoSe2 à grande échelle et mise en évidence d’une magnétorésistance négative
Contact : Mathieu Jamet

Figure 1 : Cartographie du spectre Raman d’une monocouche de MoSe2 suivant une direction x(y) montrant l’homogénéité de la couche. Figure 2 : Micrographe STEM en coupe indiquant le gap de Van der Waals entre MoSe2 et le substrat de saphir ainsi que les interfaces avec les contacts métalliques. Figure 3 : résistivité en fonction de la température avec le fit (3a) et la MR négative mesurée à 250 K avec champs perpendiculaire et parallèle à la surface de l’échantillon (3b).

Nous avons fabriqué à grande échelle et caractérisé le dichalcogénure (TMD) MoSe2, un matériau lamellaire et semi-conducteur ayant un fort potentiel pour les applications en électronique, vallée-tronique et opto-électronique. Nous avons montré que cette couche MoSe2 possède les propriétés structurales et spectroscopiques d’une phase 2H et nous avons mis en évidence le caractère de transport électrique par sauts de charge ainsi que la diminution de résistance en appliquant un champ magnétique extérieur.

Le développement rapide des matériaux semiconducteurs 2D comme les TMD conduit à mettre au point de nouvelles méthodes de fabrication afin d’obtenir des couches 2D homogènes à grande échelle.  De nos jours, la plupart des dispositifs à base de TMD sont fabriqués avec une méthode très simple : l’exfoliation en utilisant du scotch. Les dispositifs ainsi obtenus sont généralement de qualité irrégulière et cette technique de fabrication est bien sûr incompatible avec un objectif de production en masse.

Dans ce travail, nous avons rapporté la fabrication de couches TMD 2D par épitaxie par jets moléculaires (EJM) de type van der Waals avec une faible interaction substrat/couche épitaxiée. Cette technique alternative nous a permis d’avoir un contrôle précis sur le nombre de couches déposées et une couverture complète sur la surface du substrat. Les propriétés structurales, identiques à celles du matériau volumique, ainsi que l’homogénéité des couches 2D ont été démontrées en combinant plusieurs techniques : diffraction de rayon X, spectroscopie de Raman, photoémission (XPS) et microscopie électronique en transmission à balayage (STEM).  Nous avons également réalisé avec succès la fabrication de contacts métalliques déposés in-situ sous ultravide sur les couches 2D, ce qui nous a permis de mener des études de transport électrique dans nos couches. En effet, la résistivité des couches présente une forte dépendance exponentielle avec la température qui peut être décrite dans le cadre du modèle de sauts de Mott. De plus, nous avons observé pour la première fois une magnétorésistance (MR) négative dans les couches TMD 2D fabriquées par EJM. La discussion sur l’origine de la MR est principalement basée sur l’effet du champ magnétique sur les paramètres de saut. Une observation similaire de MR négative récemment rapportée avec des couches WS2 exfoliées indique clairement que cette propriété de magnéto-transport est intrinsèque et que son mécanisme se manifeste à une échelle plus petite que l’échelle microscopique.

Les mesures XPS et observations STEM ont été réalisées à la PFNC au CEA Grenoble.

Référence: M. T. Dau, C. Vergnaud, A. Marty, F. Rortais, C. Beigné, H. Boukari, E. Bellet-Amalric, V. Guigoz, O. Renault, C. Alvarez, H. Okuno, P. Pochet, and M. Jamet, Applied Physics Letters 110 , 011909 (2017)

 

Maj : 10/03/2017 (1239)

 

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