Assas Recherche | Dispositifs électroniques innovants à base de matériaux 2D et grilles en liquides ioniques

Dispositifs électroniques innovants à base de matériaux 2D et grilles en liquides ioniques (Document en Français)

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Modalités de diffusion de la thèse :

Thèse consultable sur internet, en texte intégral.

Informations sur les contributeurs

Auteur : Bou Tannous Layla

Bou Tannous, Layla

Nom

Bou Tannous

Prénom

Layla

Nationalité

Français

Date de soutenance : 21-04-2023

Directeur(s) de thèse : Pádua Agílio

Pádua, Agílio

Nom

Pádua

Prénom

Agílio

- Haumesser Paul Henri

Haumesser, Paul Henri

Nom

Haumesser

Prénom

Paul Henri

Etablissement de soutenance : Lyon, École normale supérieure

Lyon, École normale supérieure

Nom

Lyon, École normale supérieure

Laboratoire : Laboratoire de chimie. Lyon (2003-….)

Laboratoire de chimie. Lyon (2003-….)

Nom

Laboratoire de chimie. Lyon (2003-….)

- Laboratoire de chimie et biologie des métaux (Grenoble, Isère, France ; 2007-....)

Laboratoire de chimie et biologie des métaux (Grenoble, Isère, France ; 2007-....)

Nom

Laboratoire de chimie et biologie des métaux (Grenoble, Isère, France ; 2007-....)

- Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information (Grenoble, Isère, France ; 1967-....)

Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information (Grenoble, Isère, France ; 1967-....)

Nom

Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information (Grenoble, Isère, France ; 1967-....)

Ecole doctorale : École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)

École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)

Nom

École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)

Informations générales

Discipline : Chimie
Classification : Chimie, minéralogie, cristallographie

Mots-clés libres : Liquides ioniques, Microscopie à force atomique, Spectroscopie de photoélectrons X, Transistors à effet de champ, Matériaux 2D, Double couche électrique, AFM, XPS
Mots-clés :

Liquides ioniques
Microscopie à force atomique
Spectroscopie de photoélectrons
Transistors à effet de champ
Couche double électrique

Résumé : L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier les interfaces entre des liquides ioniques (LI) et des matériaux semi-conducteurs bidimensionnels (2D), notamment le disulfure de molybdène (MoS2), en vue de la conception de dispositifs électroniques innovants basés sur un effet de champ à grille électrolytique. En utilisant la microscopie à force atomique (AFM) en milieu liquide sous potentiel appliqué ainsi que la spectroscopie de photoélectrons X (XPS), l’organisation des ions dans les couches interfaciales est caractérisée pour comprendre comment la nature et la structure moléculaire des ions permettent de moduler les effets de champ. Les LI sont des sels liquides à température ambiante, conducteurs et non inflammables (ils ont une pression de vapeur négligeable) offrant de larges fenêtres électrochimiques et une grande stabilité thermique, donc ils ont des propriétés très intéressantes en tant qu’électrolytes, notamment dans une nouvelle classe de transistors à effet de champ. En effet, ces dernières années des transistors à effet de champ ont été développés avec les LI comme grille et les matériaux semi-conducteurs 2D comme substrats. Il a été montré qu’à l’interface du semi-conducteur, les ions du LI s’accumulent de façon dense et forment une double couche électrique (EDL) d’épaisseur très fine offrant une capacité importante. Dans ces dispositifs, la densité de porteurs de charge et la vitesse de commutation sont directement liées à la structure et à la dynamique de cette EDL. Il est donc nécessaire de comprendre l’organisation de l’interface entre le LI et le semi-conducteur à 2D afin de comprendre son effet sur les propriétés du transistor. Ceci permettra à terme de guider le choix du LI qui assurera une performance optimale. Dans cette thèse, nous étudions l’EDL formée par deux LI : le 1-éthyl-3-méthylimidazolium dicyanamide ([C2mim]+[DCA]-) et le 1-octyl-3-méthylimidazolium dicyanamide ([C8mim] + [DCA] -) à l’interface du MoS2. Pour ce faire, nous utilisons deux techniques expérimentales de caractérisation, l’AFM et l’XPS. D’abord, nous commençons par étudier par AFM l’organisation des ions de ces LI sur des substrats de référence : le mica et le silicium. Sur ces substrats, nous montrons que la structure de l’EDL dépend de la longueur de chaîne des cations utilisés. De plus, nous montrons que l’arrangement et l’orientation des ions dans l’EDL sont liés à la chimie de surface et à la présence de l’eau dans le système. Ensuite, nous nous concentrons sur l’interface [C8mim]+[DCA]-/MoS2. Les mesures d’AFM révèlent un arrangement de couches fines formées par des cations et des anions avec une orientation parallèle à la surface. Les mesures d’XPS montrent de fortes interactions entre les ions du LI et les plans du MoS2, mettant en place un transfert de charge du MoS2 vers le LI. Les simulations de dynamique moléculaire (DM) sont en bon accord avec nos résultats d’AFM. Les mesures d’XPS, quant à elles, sont confortées par des calculs de théorie de la fonctionnelle de densité (DFT) fournis par des collaborateurs. Enfin, nous étudions le réarrangement des ions sous application de potentiel afin de nous approcher de la configuration réelle des transistors. Ce travail fournit une voie vers une meilleure compréhension des propriétés de l’EDL à l’interface liquide-solide qui constitue une brique essentielle pour le développement de dispositifs électroniques innovants combinant LI et semi-conducteur à 2D.

Informations techniques

Type de contenu : Text
Format : PDF

Informations complémentaires

Entrepôt d'origine :

STAR : dépôt national des thèses électroniques françaises

Identifiant : 2023ENSL0020
Type de ressource : Thèse