Poste de doctorat | Matériau de canal 2D monocristallin par dépôt sélectif de zone pour transistors atomiquement minces

Rejoignez une équipe de recherche internationale et multidisciplinaire pour explorer et manipuler des semi-conducteurs minces à trois atomes à la pointe de la technologie des semi-conducteurs.

Il y a plus de soixante ans, le dépôt épitaxial sélectif de silicium (Si) a révolutionné la technologie des circuits intégrés [1-3]. Le Si monocristallin a été développé par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) uniquement à des ouvertures prédéterminées dans un masque, inhibant la nucléation ailleurs.  Les futurs semi-conducteurs, tels que les dichalcogénures de métaux de transition (TMD) 2D, notamment le bisulfure de molybdène et de tungstène (MoS ₂ , WS ₂ ), pourront poursuivre la mise à l’échelle des transistors logiques vers les nœuds technologiques Angstrom. Ils peuvent grandement bénéficier de l’adoption d’un tel concept de dépôt sélectif.  On évite en tout cas la formation de joints de grains cristallins électriquement préjudiciables à l’intérieur du cœur actif du dispositif semi-conducteur [4,5].

Par conséquent, cette recherche de doctorat  explore des concepts innovants de dépôt sélectif pour atténuer les défauts des cristaux TMD  en contrôlant l’endroit où un matériau TMD se développe et comment ces cristaux s’orientent et finissent par fusionner. L’approche est basée sur l’introduction intentionnelle de caractéristiques artificielles à l’échelle nanométrique sur une  surface de départ amorphe . Au cours de cette recherche de doctorat, vous entreprendrez un voyage pour révéler comment la géométrie, la composition chimique et les dimensions (physiques) critiques de la conception affectent l’endroit où les cristaux TMD se nucléent et comment ils s’orientent pendant le processus CVD. Vous pouvez proposer  diverses stratégies pour modifier la réactivité chimique de la surface de départ  par fonctionnalisation de surface, et  pour introduire un relief ou une symétrie  à une surface plane .

Votre recherche bénéficiera grandement de l’expertise et des méthodologies analytiques qui ont été développées au sein de l’équipe internationale et multidisciplinaire de recherche sur les matériaux 2D de l’IMEC [6,7,8].

• Vous étudierez l’évolution de la croissance des cristaux de TMD sur différents types de surfaces par une caractérisation expérimentale complémentaire, notamment la microscopie à sonde à balayage et électronique et divers types de spectroscopie sensible aux surfaces.
• Ainsi, vous obtenez un aperçu de l’adsorption et de la diffusion des précurseurs CVD.
• A terme, ces observations peuvent vous permettre de proposer un mécanisme de croissance.
• Sur la base de ces informations fondamentales, vous tirerez parti de la conception de la surface de départ pour ajuster la forme, l’orientation et la défectuosité du cristal TMD en fonction de l’application envisagée du dispositif, un transistor à effet de champ planaire haute performance.

Le doctorant est fortement encouragé à réfléchir aux pistes de recherche envisagées au moyen d’un aperçu complet de la littérature existante et d’une évaluation analytique.  En fonction de son intérêt personnel, le candidat peut explorer la cinétique d’adsorption et de diffusion du TMD par des moyens expérimentaux ou en combinaison avec la théorie pour mieux comprendre comment maximiser la sélectivité vers l’architecture envisagée. Le candidat  travaillera avec des réacteurs CVD de 300 mm de pointe et conformes aux normes industrielles , équipés de divers précurseurs de métaux de transition et de chalcogène. Cela offre une  perspective unique  pour explorer le rôle de la chimie des précurseurs de CVD sur le mécanisme de croissance des cristaux de TMD. Enfin, de nombreuses opportunités s’offrent au candidat pour enrichir davantage ses compétences personnelles et techniques, par exemple grâce à l’accès à l’infrastructure de salle blanche de pointe de l’imec et au centre de développement de l’académie imec, ainsi qu’à des visites de recherche (académiques) ) les partenaires.

[1] Joyce, BD et Baldrey, JA (1962). «Dépôt épitaxial sélectif de silicium».  Nature , 195 (4840), 485-486.

[2] Filby JD et Nielsen S. (1967). «Films monocristallins de silicium sur isolants».  Frère. J.Appl. Phys.  18 1357

[3] Klykov VI, Sheftal NN et Hartmann E. (1979). «Épitaxie artificielle (diataxie) du silicium et du germanium.»  Acta Physica Academiae Scientiarum Hungaricae , 47, 167-183

[4] Ly, TH et coll. (2016). „Transport électrique dépendant de l’angle de désorientation à travers les limites des grains de bisulfure de molybdène.“  Nature Comm ., 7, (10426)

[5] Kim, KS et coll. (2023). «Croissance de matériaux 2D monocristallins non épitaxiaux par confinement géométrique.»  Nature , 614, 88-94.

[6] Groven B., et coll. (2017). « Dépôt de couche atomique amélioré par plasma de WS ₂ bidimensionnel  à partir de WF ₆ , de plasma H ₂  et de H ₂ S. »  Chimique. Maître.  29 (7), 2927-2938

[7] Groven B., et coll. (2018). „Réglage bidimensionnel de la taille des grains de cristal dans le dépôt de couche atomique WS ₂ : un aperçu du mécanisme de nucléation.“  Chimique. Maître.  29 (7), 2927-2938

[8] Shi Y., et al. (2021). « Ingénierie de matériaux bidimensionnels épitaxiaux à l’échelle d’une tranche grâce au criblage de modèles en saphir pour une nanoélectronique avancée de haute performance. »  ACS Nano  15, 6, 9482-9494

Type de travail : 80% expérimental, 10% théorie, 10% littérature

Superviseure : Annelies Delabie

Conseiller quotidien : Benjamin Groven

Le code de référence pour ce poste est le  2024-018 . Mentionnez ce code de référence sur votre formulaire de candidature.