[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.

[es] La gestión térmica es un problema crítico en el diseño de dispositivos nanoelectrónicos. Las soluciones de enfriamiento avanzadas y la recolección eficiente de energía son clave para mantener la tendencia de productos electrónicos cada vez más pequeños y rápidos. Esta tesis se centra en la gestión térmica y el uso de calor disipado en materiales emergentes para la electrónica. En particular, los materiales bidimensionales (2DM) y las heteroestructuras basadas en ellos son candidatos muy interesantes para el futuro de la electrónica y se están investigando intensamente. La tesis trata dos temas principales: (i) el transporte térmico de 2DMs suspendidos, incluido el grafeno CVD, dicalcogenuros de metales de transición (TMDC) y heteroestructuras de TMDC con nitruro de boro hexagonal (hBN); y (ii) las propiedades térmicas y de termoelectricidad de películas delgadas de (Bi1-xSbx)2Te3(BST). Estos materiales están siendo considerados para interconexiones y transistores hasta THz (grafeno), electrónica digital (TMDCs) y aislamiento eléctrico (hBN) y son bien conocidos como generadores termoeléctricos, como también lo son materiales recientemente identificados como aislantes topológicos (BST). En primer lugar, el objetivo fue medir la conductividad térmica de 2DMs utilizando el método de espectroscopia Raman de dos láser, recientemente desarrollado. El desafío fue el uso de membranas relativamente pequeñas obtenidas y su alta conductividad térmica. Demostramos que la conductividad térmica del grafeno CVD es de aproximadamente 300 W/(m·K). Aunque menor que en el grafeno exfoliado, esto podría deberse a los bordes de grano y al desorden en grafeno CVD. Demostramos también que las conductividades térmicas de MoS2 y MoSe2 exfoliados (dos TMDC) son 12 a 24 W/(m·K) y 60 W/(m·K), respectivamente. Y que para membranas delgadas (pocas monocapas) la conductividad incrementa con su grosor. Agregando una membrana de hBN exfoliada sobre una muestra de MoS2 previamente caracterizada nos permitió demostrar un notable aumento de la conductividad térmica en la heteroestructura de hBN/MoS2, cuando se introduce calor en MoS2. Esta presenta una conductividad térmica de 185 W/(m·K), casi un orden de magnitud mayor que para MoS2. En segundo lugar, se estudiaron películas delgadas de BST crecidas mediante epitaxia de haz molecular con el objetivo de correlacionar sus propiedades termoeléctricas con su nivel de Fermi, que sintonizaría el peso relativo del transporte de volumen y de los estados topológicos de superficie (TSS). Primero demostramos que es posible diseñar la estructura de la banda y ajustar el nivel de Fermi desde la valencia hasta la banda de conducción simplemente controlando la concentración de Sb. Para ello se utilizó espectroscopia de fotoemisión con resolución angular en combinación con conductividad eléctrica y mediciones de Hall en películas relativamente delgadas (10 nm). También se identificó la concentración de Sb a la que los TSSs dominan el transporte y se llevaron a cabo experimentos termoeléctricos en las mismas películas. No se encontró una correlación clara entre la energía termoeléctrica y la naturaleza de los portadores de carga cuando los TSSs eran dominantes, indicando que el transporte de los TSSs tiene una influencia limitada en las propiedades termoeléctricas de este material y que para observar los efectos de superficie se necesitarían películas más delgadas. Finalmente, una caracterización de las películas delgadas de BST usando espectroscopia Raman demostró variaciones específicas en el comportamiento asociado a la concentración de Sb. En particular, el aumento de la potencia del láser dio lugar a la aparición de picos Raman no activos de origen indeterminado. Estos picos pueden indicar la ruptura de simetrías estructurales, modos de fonón de superficie u otros efectos tales como resonancias plasmónicas que son de alto interés, una respuesta que debería motivar investigaciones adicionales.