[ca] La gestió tèrmica és un problema crític en el disseny de dispositius nanoelectrònics. Les solucions de refredament avançades i la recol·lecció eficient d'energia són clau per mantenir la tendència de productes electrònics cada vegada més petits i ràpids. Aquesta tesi se centra en la gestió tèrmica i l'ús de calor dissipada en materials emergents per a l'electrònica. En particular, els materials bidimensionals (2DM) i heteroestructures d'aquests són dels candidats més interessants per al futur de l'electrònica i s'estan investigant intensament. En aquesta tesi, s'exploren dos temes principals: (i) el transport tèrmic de 2DMs suspesos, inclòs el grafè CVD, dicalcògens de metalls de transició (TMDC) i heteroestructures de TMDC amb nitrur de bor hexagonal (hBN); i (ii) les propietats tèrmiques i de termoelectricitat de les pel·lícules primes (Bi1-xSbx)2Te3 (BST). Aquests materials s'estan considerant per interconnexions i transistors fins als THz (grafè), per a electrònica digital (TMDCs) i per a aïllament elèctric (hBN) i són ben coneguts com a generadors termoelèctrics, com ho són també materials recentment identificats com a aïllants topològics (BST). En primer lloc, l'objectiu era mesurar la conductivitat tèrmica de 2DMs utilitzant el mètode d'espectroscòpia Raman de dos làsers, recentment desenvolupat. La implementació fou dificultada per l'ús de membranes relativament petites obtingudes dels materials investigats i la seva alta conductivitat tèrmica. Demostràrem que la conductivitat tèrmica del grafè CVD és d'aproximadament 300 W/(m·K). Encara que menor que en el grafè exfoliat, això podria ser degut a les fronteres de gra i al desordre en el grafè CVD. Demostràrem també que les conductivitats tèrmiques de MoS2 i MoSe2 exfoliats (dos TMDC) són de 12 a 24 W/(m·K) i 60 W/(m·K), respectivament. I que per a membranes primes (de poques monocapes) de MoS2, la conductivitat incrementa amb el gruix. Afegint una membrana de hBN exfoliada sobre una mostra de MoS2 prèviament caracteritzada demostràrem un augment notable de la conductivitat tèrmica en l'heteroestructura de hBN/MoS2, quan s'introdueix calor al MoS2. Aquesta presenta una conductivitat tèrmica de 185 W/(m·K), gairebé un ordre de magnitud més gran que el MoS2 sol. En segon lloc, capes primes de BST crescudes mitjançant epitàxia de feix molecular s'estudiaren amb l'objectiu de correlacionar-ne les propietats termoelèctriques amb el seu nivell de Fermi, que sintonitzaria el pes relatiu del transport de volum i dels estats topològics de superfície (TSS). Primer demostràrem que és possible dissenyar l'estructura de la banda i ajustar el nivell de Fermi des de la valència fins a la banda de conducció simplement controlant la concentració de Sb. La demostració s'aconseguí utilitzant espectroscòpia de fotoemissió amb resolució angular en combinació amb conductivitat elèctrica i mesures d'efecte Hall en pel·lícules relativament primes (10 nm). S'identificà la concentració de Sb a la qual els TSSs dominen el transport i es dugueren a terme experiments termoelèctrics en les mateixes capes. No es trobà una correlació clara entre l'energia termoelèctrica i la naturalesa dels portadors de càrrega quan els TSSs eren dominants. Això indica que el transport dels TSSs té una influència limitada en les propietats termoelèctriques d'aquest material, i que per tal d'observar els efectes de superfície es necessitarien capes encara més primes. Finalment, una caracterització de les capes primes de BST usant espectroscòpia Raman demostrà variacions específiques en el comportament associat a la concentració de Sb. En particular, l'augment de la potència del làser va donar lloc a l'aparició de pics Raman no actius d'origen indeterminat. Aquests pics poden indicar la ruptura de simetries estructurals, modes de fonó de superfície o altres efectes com ara ressonàncies plasmòniques que són d'alt interès. La inesperada resposta observada en l'espectre Raman hauria de motivar investigacions addicionals.

[en] Thermal management is becoming a critical issue in the packaging and design of nanoelectronics. Advanced cooling solutions and efficient energy harvesting are key aspects to help keep the trend for ever smaller and faster electronics. This thesis is focused on thermal management and the use of heat waste in emerging materials for electronics. In particular, two-dimensional materials (2DM), and related heterostructures, are amongst the most intriguing prospects for future electronics and are being intensively investigated. Here, two main subjects were explored. First, the thermal transport of suspended 2DMs, including CVD graphene, transition metal dichalcogenides (TMDCs) and heterostructures of TMDCs with hexagonal boron nitride (hBN) and, second, the thermal properties and thermoelectricity of (Bi1-xSbx)2Te3 (BST) thin films. These materials are being considered for interconnects and THz transistors (graphene), digital electronics (TMDCs) and electrical insulation (hBN) and are well known as thermoelectric generators, as are also materials that have recently been identified as topological insulators (BST). In the first part, the objective was to demonstrate the measurement of the thermal conductivity of 2DMs using the recently developed two-laser Raman spectroscopy method. Its implementation was rendered difficult by the relatively small exfoliated flakes of the materials investigated and their high thermal conductivity. The thermal conductivity of CVD graphene was found to be about 300 W/(m·K). Although smaller than exfoliated graphene, it is argued that this could be due to grain boundaries and disorder. Exfoliated MoS2 and MoSe2 (two well-known TMDCs) presented thermal conductivities of 12 to 24 W/(m·K) and 60 W/(m·K). Measurements on different membranes of MoS2 further showed that the conductivity increases with the thickness in thin membranes (few monolayers). Furthermore, stacking an exfoliated hBN membrane on top of a previously characterized MoS2 sample allowed us to demonstrate a notorious increase of the thermal conductivity in the hBN/MoS2 heterostructure, when heat is introduced on MoS2. Indeed, when compared with MoS2 alone the thermal conductivity is found to be almost one order of magnitude larger, 185 W/(m·K). For the second part, BST thin films were grown by molecular beam epitaxy. The main objective was to investigate the correlation of the thermoelectric properties of these materials with the Fermi level, which would tune the relative weight of bulk and topological surface state (TSS) transport. It was first demonstrated that controlling the concentration of Sb we could engineer the band structure and tune the Fermi level from the valence to the conduction band. Such demonstration was achieved by using angle-resolved photoemission spectroscopy in combination with conductivity and Hall measurements in relatively thin (10 nm) films. The Sb concentration at which TSS dominated the transport was also identified. Thermoelectric experiments on the same films were then carried out but no clear correlation between the thermopower and the carrier nature was found when the TSSs were dominant. These results indicate that TSS transport has limited influence on the thermoelectric properties. Further studies should be carried our using even thinner films. Finally, a side characterization of the BST thin films using Raman spectroscopy demonstrated specific variations in the behaviour associated to Sb concentration. An increase of the laser power showed the emergence of non-active Raman peaks of undetermined origin. However, they can indicate the presence of broken structural symmetries, surface phonon modes or other effects such as plasmonic resonances. This interesting response is worthy of for further investigation.