Soutenance de thèse - 17/12/21 - Zouhour BEN JABRA - Etude de nouvelles hétérostructures: silicène sur graphène

Visioconférence
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Avis de soutenance de thèse


 

 Zouhour BEN JABRA

 

ED-352: Physique et Sciences de la matière

 

soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés:

 

Etude de nouvelles hétérostructures: silicène sur graphène

 

le vendredi 17 décembre 2021 à 10h00


 

Suite au dernières directives de l'AMU, voici les moyens de connexion pour suivre ma soutenance de thèse en visioconférence

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 

 Participer à la réunion Zoom:
 https://univ-amu-fr.zoom.us/j/92428141080?pwd=dWQ5UllqY0gzWHJYOEFaVnNRcHhaUT09

ID de réunion: 924 2814 1080

Code secret: 552293

 

 

 

 

Résumé:

 

Le sujet de cette thèse concerne l’étude de la croissance et des propriétés du silicène (Si-ène) épitaxié sur du graphène (Gr) sur 6H-SiC(0001) avec pour but de former du Si-ène free-standing sur un substrat isolant ou semiconducteur. Le choix s’est porté sur le graphène qui est un matériau inerte ne possédant pas de liaisons pendantes.

Dans une première partie du travail je me suis attachée à décrire de façon la plus précise et la plus systématique possible le substrat de Gr sur SiC en fonction des conditions expérimentales d’élaboration par dépôt chimique par voir gazeuse (CVD). Le paramètre expérimental clé de la croissance qui a été varié, est la proportion d’hydrogène (H2) dans le gaz porteur (H2/Ar), sachant que les autres paramètres expérimentaux (température et pression) avaient beaucoup moins d’influence sur le Gr obtenu.

J’ai montré que lorsque la proportion de H2 est faible (H2/Ar < 10%), il est possible d’obtenir du Gr pleine plaque, homogène d’une épaisseur monoatomique, sur couche tampon (BL) sur SiC. Les analyses STM et LEED montrent la superposition de la maille du Gr (0.245nm) et de la reconstruction de la BL (1.9nm), représentatif du Gr épitaxié (obtenu par sublimation à partir de SiC). Les analyses XPS permettent de quantifier la présence d’une seule monocouche de Gr(6x6). Lorsque la proportion de H2 est élevée (H2/Ar > 40%), la couche de Gr obtenue est totalement hydrogénée (H-Gr) sur toute la surface de l’échantillon (absence totale de la reconstruction 6x6 à la fois dans les images STM et en LEED). Ceci est un résultat nouveau, car aucun procédé d’intercalation d’hydrogène n’avait permis jusqu’à présent d’hydrogéner totalement les échantillons de (6x6)Gr épitaxié sur BL. Pour des proportions intermédiaires de H2/Ar, la coexistence de ces deux structures de surface ((6x6)Gr et H-Gr) est observée avec une alternance de terrasses ne possédant qu’une seule structure. L’analyse des différentes caractérisations met en évidence un mécanisme de croissance qui n’avait jamais été rapporté jusqu’à présent. En effet, dans nos conditions expérimentales de dépôt, la surface est totalement passivée par H2 à la fin de l’étape de nettoyage thermique. La croissance débute donc sur une surface recouverte d’H2. En fonction de la proportion de H2 dans le mélange gazeux, soit la surface du SiC reste passivée pendant toute la croissance du Gr et on obtient du H-Gr, soit le H2 désorbe partiellement, ou totalement et on obtient soit la coexistence des deux structures soit du (6x6)Gr pleine plaque.

Dans une deuxième partie du travail j’ai étudié la croissance par épitaxie par jets moléculaires (MBE) de Si-ène sur (6x6)Gr. J’ai démontré que dans des conditions de propreté drastiques (absence totale de défauts à la surface du Gr et de contaminants dans la chambre MBE), il est possible de former des flaques de Si-ène de tailles latérales allant jusqu’à plusieurs centaines de nms, pour des épaisseurs de dépôt très faibles (≤ 0.5MC). Dans ces conditions, nous observons la présence de zones planes d’une épaisseur moyenne de 0.2-0.3 nm, correspondant à une monocouche de Si-ène, entourées d’îlots dendritiques 3D de silicium. De plus les spectres Raman mettent en évidence un pic allant jusqu’à 563cm-1 (pour 0.5MC déposé) ce qui est la valeur la plus proche du Si-ène FS jamais obtenue. Ces démontrent clairement la formation de Si-ène quasi-FS. Lorsque l’épaisseur du dépôt augmente les flaques de Si-ène disparaissent au profit des îlots dendritiques de Si 3D dont les tailles, densités et épaisseurs augmentent avec l’épaisseur de Si déposée.

En conclusion, ce travail contribue tout d’abord à une meilleure compréhension du mécanisme de croissance CVD du Gr. Il met aussi en évidence la formation de Si-ène quasi-FS sur un substrat de Gr inerte et isolant (dans des conditions extrêmement bien contrôlées), et met définitivement fin à un débat contradictoire sur ce sujet. Les résultats contribuent à l’avancement des recherches dans le domaine de la croissance épitaxiale des matériaux 2D et constituent une base pour des études ultérieures.

 

Mots-clés: 6H-SiC, graphène, silicène, CVD, MBE, croissance épitaxiale, matériaux 2D, hétérostructures Van der Waals, propriétés structurales

 

 

Composition du jury:

Dominique VIGNAUD, CNRS, Univ de Lille, IEMN, Rapporteur

Paola DE PADOVA, CNR-ISM, Italie, Rapporteure

Nunzio MOTTA, QUT Univ Brisbane QLD, Australia, Examinateur

Adrien MICHON, CNRS, CRHEA, Examinateur

Johann CORAUX, CNRS, Institut Néel, Grenoble, Examinateur

Isabelle BERBEZIER, CNRS, IM2NP, Co-directrice de thèse

Mathieu ABEL, AMU, IM2NP, Co-directeur de thèse

Antoine RONDA, CNRS, IM2NP, Co-encadrant de thèse