Les dichalcogénures de métaux de transition représentent une plate-forme émergente pour des nouvelles solutions de conversion d’énergie à l’échelle nanométrique [1-3]. Les performances thermoélectriques des dispositifs à base de matériaux bidimensionnels dépendent non seulement des propriétés électriques et thermiques des matériaux utilisés mais aussi de l’ingénierie des dispositifs.
Dans les dispositifs réels, les effets d’hybridation à l’interface semi-conducteur/métal affectent fortement la structure de bande locale avec conséquences importantes sur l’injection de charge et la réponse thermoélectrique.
Nous étudions la réponse thermoélectrique des matériaux 2D tels que les dichalcogenures de métaux de transition et le graphène en optimisant la nature des contacts métalliques utilisés et en découplant le matériaux 2D du substrat via une fine couche de nitrure de bore hexagonal (hBN), diélectrique 2D.
Nous avons récemment étudié le rôle de différents contacts métalliques (Ag, Pd, Co,
Ti) sur les propriétés électriques et thermoélectriques de transistors à base de diselenure de tungstène (WSe2) avec un faible nombre de couches (4L, 6L) déposées sur hBN.
Nous révélons une réponse Seebeck qui dépende du contact métallique utilisé avec des valeurs élevées du coefficient Seebeck (S), jusqu’à 180 μV/K, et des facteurs de puissance (PF= S2σ) de l’ordre de 2.4 μW/cm K2 (Co), en accord avec l’état de l’art (Fig. 1) [3,4]. Les électrodes métalliques pour lesquelles une faible hybridation d’interface est théoriquement attendue (Ag) présentent la conductivité électrique la plus faible et le coefficient Seebeck le plus élevé. Au contraire, pour une forte hybridation d’interface (Pd, Co, Ti), la conductivité électrique augmente et des valeurs de S légèrement réduits sont mesurées [5].
Notre travail dévoile l’importance de l’ingénierie des contacts métalliques pour optimiser les performances thermoélectriques des transistors à base de dichalcogénures de métaux de transition.
Fig. 1 : Image optique d’un transistor à effet de champs à base de WSe2 pour le mesures de transport de charge et thermoélectriques. Coefficient Seebeck et conductivité électrique à faible bias en fonction de la tension de grille dans le transistor à base de WSe2 avec (de gauche à droite) les contacts en Ag, Pd, Co et Ti.
[1] D. Wickramaratne et al., J. Appl. Phys. 118, 075101 (2015)
[2] M. Buscema, et al. Nano Lett. 13, 358 (2013)
[3] M. Yoshida, et al. Nano Lett. 16, 2061 (2016)
[4] S. Timpa, M. Rahimi, J. Rastikian, S. Suffit, F. Mallet, P. Lafarge, C. Barraud, and M. L. Della Rocca, J. Appl. Phys. 130, 185102 (2021)
[5] Y. Wang ey al., Nanoscale 8, 1179 (2016).