Poste de doctorat | Matériaux TMDC : réglage des propriétés de transport par dopage substitutionnel et transition de phase

être impliqué dans la recherche 2D de pointe et contribuer à la mise en place de la première ligne pilote expérimentale 2D au monde – bénéficier du vaste savoir-faire d’imec en matière de traitement des matériaux pour les applications nanoélectroniques

Appliquer 

Les di-chalcogénures de métaux de transition (TMDC) en couches 2D sont envisagés pour remplacer le silicium dans les nœuds de technologie logique CMOS avancée, sous la forme d’hétérostructures de nanofeuilles empilées. La nanofabrication de tels dispositifs, utilisant une technologie de traitement conforme au VLSI, représente un défi de taille pour la communauté. Les systèmes logiques nécessitent de construire des transistors NMOS et PMOS, en utilisant le même matériau de canal de départ ; cela se fait en créant artificiellement des charges négatives (électrons) ou positives (trous) supplémentaires dans le matériau semi-conducteur – c’est ce qu’on appelle le dopage. Dans le silicium, cela se fait en implantant des éléments donneurs ou accepteurs à l’aide d’un faisceau à haute énergie, suivi d’un recuit pour fixer/stabiliser les dopants dans la structure cristalline.

Bien que le dopage du silicium massif soit bien compris, le dopage d’une  couche intrinsèquement 2D , d’  une épaisseur de seulement quelques Angströms,  représente d’immenses difficultés. Ceci est encore plus difficile dans une  configuration de nanofeuilles empilées , où plusieurs couches TMDC empilées doivent être dopées simultanément. Ces dernières années, le dopage extrinsèque par transfert de charge de surface (adsorption de gaz, molécules organiques auto-assemblées, oxyde métallique) a été exploré et a démontré un certain effet dopant, cependant ces méthodes sont instables avec le temps et la température, difficiles à contrôler et/ou impossibles. à intégrer dans un flux de processus CMOS. Le dopage substitutionnel, c’est-à-dire le remplacement d’atomes métalliques (cations) ou d’atomes de chalcogène (anions) par des éléments donneurs ou accepteurs, ne souffre a priori pas de ces problèmes. De plus, un changement structurel de la structure cristalline de la couche 2D (transition de phase 2H à 1T) pourrait également être envisagé pour induire des changements de conductivité plus sévères, particulièrement adaptés à la formation de contacts (transformant localement la couche TMDC de semi-conductrice à métallique).

Le sujet de thèse décrit ici abordera le défi du   dopage substitutionnel  contrôlé et  des transitions de phase TMDC contrôlées . Le travail s’appuiera sur trois approches différentes. Premièrement, le dopage par substitution anionique sera exploré en développant une  approche basée sur le plasma en aval  pour créer  des lacunes contrôlées en chalcogène , ensuite remplies par des atomes du groupe VII ou du groupe V pour le dopage de type n et de type p respectivement. Dans un deuxième temps, le dopage par  implantation de phosphore à basse énergie  sera étudié, contrôlant la profondeur d’implantation au moyen de  films polymères sacrificiels . Dans une troisième approche,  les transitions de phase 2H-1T induites par le plasma seront explorées en utilisant des conditions douces  (décharges de plasma pulsées) conduisant à des changements contrôlés de cristallinité éventuellement combinés à un dopage chimique. L’effet des couches de forme sur cette transition structurelle fera également partie de l’activité de recherche.

En tant que doctorant, vous apprendrez à travailler dans un environnement très dynamique et multiculturel et serez exposé à une grande variété de techniques analytiques et de méthodes expérimentales. Vous utiliserez des systèmes plasma en aval conformes au VLSI ainsi que des plates-formes flexibles à l’échelle du laboratoire. Vous apprendrez les méthodes de micro/nano-fabrication et les exécuterez vous-même ou utiliserez la ligne pilote et/ou l’infrastructure d’imec à la KULeuven. Vous apprendrez à mesurer les propriétés de transport (densité de porteurs, mobilité, rapport Ion/Ioff…) sur des échantillons que vous fabriquerez vous-même. La chimie et la physique des surfaces seront étudiées à la fois  ex situ  et  post operando  par spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS), spectroscopie de masse d’ions secondaires (SIMS) et spectroscopie de photoémission à résolution angulaire à haute résolution (ARPES). D’autres techniques complémentaires de caractérisation physique comme l’analyse de détection du recul élastique (ERDA), la microscopie à force atomique (AFM), la microscopie électronique à balayage et à transmission (SEM, TEM) et la diffusion d’ions à basse énergie seront mises à votre disposition pour soutenir vos études mécanistiques.

Chez imec, nous disposons d’une grande équipe d’experts possédant diverses expériences en matière de matériaux et de techniques de dépôt, de lignes de traitement de pointe de 200 mm et 300 mm, de laboratoires, d’apprentissage et de modélisation de dispositifs. Le doctorant fera partie du département Unit Process Module de l’imec, avec des liens étroits avec le département Material Engineering de la KU Leuven.

Type de travail : 40% expérimental, 30% caractérisation, 20% analyse de données, 10% étude et rédaction de littérature

Superviseur : Clément Merckling

Co-encadrant : Alexis Franquet

Conseiller quotidien : Jean-François de Marneffe, Rita Tilmann

Le code de référence de ce poste est  le 2024-023 . Mentionnez ce code de référence sur votre formulaire de candidature.

Retrouvez toutes les informations pour faire un doctorat à l’imec, ainsi que tous les documents requis pour votre dossier de candidature, ici : Imec – PhD à l’imec (Belgique) (imec-int.com)