Brevet FR3072687A1 — publié le 20190426

I Procédé de réalisation d'au moins une monocouche d'un matériau bidimensionnel et dispositif associé DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne le domaine de la synthèse de couches homogènes et sur de grandes surfaces de matériaux bidimensionnels, dits matériaux 2D, constitués d'au moins deux atomes différents, et plus particulièrement la synthèse des dichalcogénures de métaux de transition ou DCMT (Transition Metal Dichalcogenides ou TMDCs en anglais) ou du nitrure de bore hexagonal (h-BN). ETAT DE LA TECHNIQUE Les matériaux bidimensionnels Mat2D ont été développés récemment. Ils présentent une structure planaire et sont composés de une à quelques monocouches L, chaque monocouche comprenant quelques plans atomiques (typiquement 1 à 5), le nombre de plans étant fonction de sa structure atomique. Les liaisons chimiques à l'intérieur d'une monocouche sont covalentes. Un exemple bien connu de ce type de matériau sont les dichalcogénures de métaux de transition DCMT de formule chimique générale MX, MX2 ou MX3 avec M métal et X chalcogène tels que S, Te ou Se, présentant une structure 2D. Par exemple : MX M: Fe, Ga X: S, Se MX: FeSe, FeS, GaSe, GaTe MX2 M : Mo, W, Zr, Hf, Pt, Nb, Ta, V, Ti, Cr X: S, Se, Te 2 MX3 M : Ti, Zr X: S, Se, Te 5 Un autre exemple bien connu est le nitrure de bore hexagonal h-13N (Métalloïde Bore et Azote). Par exemple il existe à ce jour environ 40 composés lamellaires MX2 distincts connus que l'on peut isoler en monocouches. 10 La figure 1 illustre un exemple d'une monocouche (« monolayer» en anglais) L d'un matériau 2D de type MX2 comprenant 3 plans atomiques AtL, un plan d'atomes métallique M (sphères claires) pris en sandwich entre deux plans d'atomes X (sphères foncées). 15 La figure 2 illustre un empilement de trois monocouches L d'un matériau 2D de type DMCT MS2 (S souffre). Pour les matériaux multi-couches, les monocouches s'empilent et sont liés par des forces de van der Waals. Les propriétés électroniques des DCMT dépendent de leur formule chimique 20 et du nombre de couches, ils peuvent être métalliques ou semiconducteurs. Il est connu que les propriétés des DCMT semiconducteurs varient selon le nombre de monocouches. Par exemple la valeur de la bande interdite dénommée GAP croît au fur et à mesure que le nombre de monocouches diminue. Le GAP est indirect pour plusieurs monocouches et peut devenir 25 direct pour une seule monocouche Les matériaux semiconducteurs bidimensionnels (semi2D) ont la particularité de présenter une surface stable. Ces matériaux 2D se différencient des matériaux massifs 3D usuels pour lesquels, à la surface, les atomes présentent des liaisons chimiques non satisfaites, dénommées liaisons 30 pendantes. De manière classique les propriétés de la surface des-matériaux 2D sont différentes des propriétés de surface des matériaux massifs. Pour les matériaux 2D sans défauts cristallins déposés sur une surface plane, tous les atomes d'une monocouche sont reliés entre eux par des liaisons covalentes, il n'y a pas de liaisons pendantes à sa surface. 3 La synthèse de ce type de matériaux a donné lieu à une abondante littérature. On distingue actuellement 4 principales méthodes de synthèse. Une première méthode pour la synthèse de matériau 2D de type DCMT est 5 la chalcogénation de métaux (ou d'oxydes métalliques) dans une ampoule scellée. Pour cela on dispose dans une ampoule scellée sous vide des couches ou poudres métalliques (Mo, W, Zr, Hf, Pt, Nb, Ta...) éventuellement oxydées (Mo03,...) et le chalcogène (soufre, sélénium, ou tellure). L'ampoule est disposée dans un four généralement multizone. Le 10 chalcogène est évaporé et vient réagir avec les couches de métal éventuellement oxydées pour former un dichalcogénure de métal de transition (DCMT). Une deuxième méthode consiste à réaliser un dépôt chimique en phase 15 vapeur (CVD) de dichalcogénures de métaux de transition (DCMT). Le dépôt de DCMT peut être obtenu par des techniques de transport en phase gazeuse, proches des dépôts chimiques en phase vapeur (CVD). Les principales approches, au nombre de 3, sont illustrées figure 3. La figure 3a illustre la « chalcogénation » d'un dépôt métallique ou d'oxyde 20 métallique : Cette approche, la plus simple, consiste en la sulfurisation (ou sélénisation ou encore tellurisation) de couches métalliques Prec éventuellement oxydées en surface (par exemple M003/M002). Des températures de recuit de l'ordre de 1000 °C sous atmosphère sulfurée sont nécessaires pour parachever la réduction de Mo02 (amorcée à 500 °C) et 25 déplacer l'oxygène. La figure 3h illustre l'utilisation de deux précurseurs différents, Prec1 pour l'oxyde du métal (ou un précurseur volatile) et Prec2 pour le chalcogène (en général sous forme de poudre) qui sont vaporisés et transportés par un gaz 30 neutre dans une zone plus froide du four où ils se condensent sous forme MX2. Par exemple pour le MoS2, on vaporise Mo03 et S présents dans chacun des creusets. Le Mo03 se décompose partiellement durant l'évaporation et les radicaux ainsi formés (Mo03) réagissent ensuite avec S sur le substrat Subst pour parachever la décomposition et générer MoS2. 35 4 La figure 3c illustre l'utilisation d'une poudre de DCMT massif qui est évaporée/sublimée à haute température et vient se redéposer sur le substrat placé en aval (à plus basse température, « vapor-solid growth ») dans le tube réactionnel. Par exemple MoS2 (sous forme de poudre) peut être directement 5 évaporé à - 900 °C, sous faible pression (20 Torr) et se re-condenser sous forme de film sur les substrats en aval du tube dans une zone où la température est maintenue à - 650 °C. Pour les approches (b) et (c), la croissance a tendance à progresser 10 latéralement, car la surface des DCMT ne comporte pas de liaisons pendantes susceptibles de fixer les atomes de M ou X. Par contre, les bords de marche des clusters 2D comportent des liaisons insatisfaites, qui piègent efficacement les atomes déposés, favorisant ainsi la croissance latérale en 2D. 15 Une troisième méthode consiste en une croissance CVD à partir de précurseurs métallo-organiques (croissance MOCVD). On effectue une « chalcogénation » des couches métalliques à l'aide d'un précurseur métallo-organique, par exemple (C2H5)2X. X étant le soufre, le sélénium ou le tellure. 20 On peut également effectuer un dépôt en apportant les deux précurseurs métallo-organiques. Par exemple Mo(C0)6 pour le molybdène et W(C0)6 pour le tungstène, avec du (C2H5)2X ou avec du (CH3)2X et de l'hydrogène (X étant le soufre, le sélénium ou le tellure), tel qu'illustré figure 4a. Ces éléments se décomposent au contact du substrat. On peut aussi utiliser des 25 gaz tels que H2S ou H2Se pour le transport du chalcogène. Le résultat obtenu est illustré figure 4b. Il s'agit d'une multitude de microcristaux non jointifs à la surface du substrat. Ceci est dû au fait que la croissance démarre sur des centres de nucléation et tous les éléments gazeux diffusent ensuite latéralement pour former les cristaux. Si la 30 croissance est rapide, d'autres centres peuvent apparaitre par-dessus les cristaux existants (croissance verticale) et la structure finale, localement multicouches, est inhomogène. Une solution pour obtenir des couches homogènes de MoS2 et WS2 avec cette méthode a été publiée 2015 dans le journal Nature par Kang (« high 35 mobility three atom thick semiconducting films with wafer scale 5 homogeneity » Nature, vol. 520, P. 656. Cette publication démontre, tel qu'illustré figure 5 qu'avec un temps de croissance de to = 26 heures la structure est homogène, avec une mobilité de porteurs dans les couches de 30 cm2V-1 s-.1 à température ambiante. L'extrême lenteur de la croissance 5 évite la croissance verticale sur les cristaux existants et privilégie la croissance latérale. Les différents cristaux coalescent et peuvent alors croitre latéralement jusqu'à devenir jointifs pour un temps tO = 26 heures. Une quatrième méthode est d'utiliser des techniques de synthèse de type 10 ALD (« atomic layer deposition »), qui sur le plan conceptuel se prêtent bien au dépôt de matériaux d'épaisseurs très faibles. L'ALD est une technique de dépôt mise au point dans les années 1970 et qui s'apparente à la CVD de par le fait qu'elle utilise aussi des sources gazeuses. Cependant, le principe de fonctionnement est différent, et un cycle de-croissance ALD (par exemple 15 pour un matériau binaire constitué de 2 éléments) consiste en 4 étapes, à savoir : (i) injection du précurseur de l'élément 1, (ii) purge du réacteur avec un gaz neutre, afin d'évacuer l'excès de précurseur 1 ainsi que les produits réactionnels, 20 (iii) injection du précurseur de l'élément 2, suivie par (iv) une seconde purge du réacteur. Il faut donc que les précurseurs soient adsorbés sur la surface et que l'adsorption soit auto limitée à une seule monocouche de précurseur de l'élément 1 étape (i) puis de l'élément 2 étape (iii). Cette monocouche est en 25 général décomposée thermiquement (pyrolysée) de façon à délivrer l'élément que l'on cherche à déposer. L'excès de précurseur ainsi que les produits de décomposition sont évacués pendant les phases de purge du réacteur. Le dépôt ALD de MoS2 peut utiliser comme précurseur MoCI5 et H2S. 30 De manière générale ces méthodes ne permettent pas d'obtenir des couches homogènes, ou alors avec un temps de croissance très long. Un but de la présente invention est de palier aux inconvénients précités en proposant une méthode de synthèse de matériaux 2D constitués d'au moins deux 6 composés différents à la fois rapide et permettant l'obtention de couches homogènes sur de grandes surfaces. 5 DESCRIPTION DE L'INVENTION La présente invention a pour objet un procédé de réalisation d'au moins une monocouche d'un matériau bidimensionnel, ledit matériau bidimensionnel comprenant au moins un élément M, métal ou métalloïde, et un élément X 10 respectivement un chalcogène ou de l'azote, le procédé comprenant : -une étape d'apport de l'élément M et une étape d'apport de l'élément X de manière à former, dans un substrat une zone comprenant des atomes de l'élément M et des atomes de l'élément X, -une étape de recuit de manière à former l'au moins une monocouche (L) de 15 matériau bidimensionnel par diffusion desdits atomes dans ledit substrat, et dans lequel au moins une étape d'apport parmi l'étape d'apport de l'élément M et l'étape d'apport de l'élément X est réalisée par implantation ionique. 20 Selon un mode de réalisation le matériau bidimensionnel est constitué de deux éléments, et a une formule chimique de type MX ou MX2 ou MX3 avec M métal et X chalcogène, Préférentiellement l'élément X est choisi parmi Souffre, Tellure, Sélénium. Selon un autre mode de réalisation le matériau bidimensionnel est constitué 25 de deux éléments, l'élément M étant le métalloïde Bore et l'élément X étant de l'azote, et a une formule chimique de type BN. Selon une mise en oeuvre du procédé l'étape de recuit s'effectue sous vide ou sous gaz neutre 30 Préférentiellement l'étape de recuit s'effectue à une température comprise entre 6000 et 10000 . Selon une variante l'étape de recuit s'effectue par illumination de ladite zone avec un laser pulsé. Selon un mode de réalisation l'étape de recuit s'effectue sous pression de 35 vapeur de l'élément X. 7 Selon un mode de réalisation l'étape de recuit est précédée par une étape d'encapsulation dudit substrat comprenant ladite zone. Préférentiellement nombre total d'atomes implantés par unité de surface de 5 l'au moins un élément implanté est supérieure ou égal au produit du nombre de monocouches à réaliser par une densité atomique par unité de surface dudit élément implanté dans une monocouche dudit matériau bidimensionnel. Selon un mode de réalisation une température et une durée du recuit sont 10 déterminés de sorte qu'une longueur de diffusion des atomes du ou des éléments implantés soit comprise entre 5 et 10 nm. Selon un mode de réalisation le procédé comprend, après l'étape de recuit, une étape de séparation de l'au moins une monocouche de matériau bidimensionnel du substrat résiduel et une étape de récupération de ladite au 15 moins une monocouche de matériau bidimensionnel sur un substrat de destination. Selon un autre mode de réalisation le procédé comprend en outre après l'étape de recuit, une étape de dissolution sélective de la partie supérieure du substrat résiduel de manière à mettre à nu l'au moins une monocouche de 20 matériau bidimensionnel. Selon une première variante une seule étape d'apport d'élément est réalisée par implantation ionique, ledit élément état dénommé élément implanté, l'étape d'apport de l'autre élément consistant en un dépôt d'une couche dudit 25 autre élément sur un premier support chimiquement inerte, la couche étant dénommée couche déposée et l'autre élément étant dénommé élément déposé, la couche déposée constituant ledit substrat. Préférentiellement une énergie d'implantation de l'élément implanté est déterminée de sorte que l'implantation ionique de l'élément implanté 30 s'effectue dans ladite couche déposée. Préférentiellement le premier support (est monocristallin. Selon un mode de réalisation lequel la couche déposée est réalisée par évaporation ou pulvérisation cathodique. Selon un autre mode de réalisation la couche déposée est épitaxiée sur ledit premier support. Selon encor eun 8 autre mode de réalisation la couche déposée est réalisée par une méthode de dépôt de couches atomiques. Selon une deuxième variante les deux étapes d'apport sont réalisées par 5 implantation ionique dans ledit substrat, chimiquement inerte. Selon un mode de réalisation l'élément X et l'élément M sont implantés sensiblement à une même profondeur dans ledit substrat. Selon un autre mode de réalisation l'élément X est implanté à une profondeur supérieure à la profondeur d'implémentation de l'élément M dans 10 ledit substrat. Selon un mode de réalisation le substrat est isolant et monocristallin. Selon un autre mode de réalisation le substrat est constitué d'une couche d'or déposée sur un deuxième support, l'élément X et l'élément M étant implantés dans ladite couche d'or. 15 Selon un autre aspect l'invention concerne un dispositif comprenant au moins une monocouche de matériau bidimensionnel dénommée couche active enterrée dans un substrat chimiquement inerte, ledit matériau bidimensionnel comprenant au moins un élément M, métal ou métalloïde, et 20 un élément X respectivement un chalcogène ou de l'azote. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard 25 des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : La figure 1, déjà citée, illustre un exemple d'une monocouche d'un matériau 2D de type MX2 . La figure 2, déjà citée, illustre un empilement de trois monocouches d'un 30 matériau 2D de_type MS2 . La figure 3a, déjà citée, illustre la « chalcogénation » d'un dépôt métallique ou d'oxyde métallique: La figure 3b illustre l'utilisation de deux précurseurs différents pour le métal pour le chalcogène (en général sous forme de poudre) qui sont vaporisés et 9 transportés par un gaz neutre dans une zone plus froide du four où ils se condensent sous forme MX2. La figure 3c illustre l'utilisation d'une poudre de DCMT massif qui est évaporée/sublimée à haute température et vient se redéposer sur le substrat 5 placé en aval, à plus basse température, dans le tube réactionnel. La figure 4a, déjà citée, illustre une méthode de croissance CVD à partir de précurseurs métallo-organiques (croissance MOCVD). La figure 4b illustre le matériau 2D obtenu par cette méthode, sous la forme de cristaux non jointifs. 10 La figure 5, déjà citée, illustre le matériau 2D obtenu en fonction du temps de croissance, avec un matériau homogène obtenu pour un temps de croissance de to = 26 heures. La figure 6 illustre la concentration des atomes implantés en fonction de l'énergie des ions E, mesurée en keV. 15 La figure 7 illustre le procédé selon l'invention. La figure 7bis illustre la diffusion surfacique des atomes de métal et de chalcogène lors de l'utilisation de précurseurs gazeux selon l'état actuel de la technique. La figure 7ter montre la croissance de couches MX2 selon l'invention, dans 20 l'exemple ou les deux éléments M et X sont implantés. La figure 7ter-a illustre le substrat implanté et la figure 7ter-b illustre la couche de matériau 20 obtenue dans le substrat après recuit La figure 8 illustre une première variante du procédé selon l'invention dans laquelle une étape d'apport d'un des éléments s'effectue par dépôt d'une 25 couche mince de cet élément sur un premier support chimiquement inerte. La figure 9 illustre un exemple de la première variante dans lequel un élément X implanté dans une couche de matériau M. La figure 10 illustre un mode de réalisation du procédé selon la première variante comprenant, après l'étape de recuit, une étape de séparation du 30 matériau bidimensionnel mat2D de la couche résiduelle et une étape de récupération du matériau mat2D sur un substrat de destination. La figure 11 illustre un exemple de mise en oeuvre du procédé décrit figure 10. 10 La figure 12 illustre la structure cristalline du MoS2. La figure 12a illustre l'environnement atomique du Mo et la figure 12b illustre en vue de dessus le réseau cristallin du MoS2 montrant le caractère hexagonal de la structure. La figure 13 illustre un exemple de procédé employé pour réaliser une 5 couche active de MoS2. La figure 14 montre le profil des ions S implantés dans la cible de Mo à 5 keV. La figure 15 illustre une analyse par Raman de la couche réalisée qui montre les pics spécifiques du MoS2. 10 La figure 16 illustre la deuxième variante pour laquelle l'étape d'apport de l'élément X et l'étape d'apport de l'élément M consistent en une implantation ionique dans un substrat chimiquement inerte. La figure 17 illustre une première option pour effectuer la double implantation, dans laquelle les énergies d'implantation des éléments X et M 15 sont déterminées de manière à présenter leur maximum de concentration Rpx et Rpm à une même profondeur. La figure 18 illustre la position du maximum de la gaussienne d'implantation du bore RpB et de l'azote RpN dans un substrat de Si02 (Silice) en fonction respectivement de l'énergie d'implantation Eg des ions B et EN des ions N, 20 pour la réalisation de h-BN. La figure 19 reprend différentes manières, dans le cas d'une double implantation, de tenir compte de l'exo-diffusion de X. La figure 20 illustre les différentes étapes de la deuxième variante du procédé selon un premier mode de réalisation selon lequel le substrat au 25 sens de l'implantation, chimiquement inerte est préférentiellement monocristallin et isolant. La figure 21 illustre une option du procédé tel que décrit figure 16 dans laquelle on se contente d'éliminer sélectivement la partie- supérieure du substrat par dissolution sélective, pour obtenir une couche active à nu sur la 30 partie inférieure du substrat résiduel. La figure 22 illustre une autre option du procédé selon l'invention, qui comprend une étape de séparation du matériau bidimensionnel mat2D du substrat, et une étape de récupération de mat2D sur un substrat de destination. 11 La figure 23 illustre un exemple de procédé de réalisation d'un dispositif électronique ou optoélectronique dans lequel on fabrique directement le dispositif à partir de la couche active mat2D. Le dispositif obtenu en IV est un transistor 23. 5 La figure 24 présente la structure d'une monocouche de la variété hexagonale de h-BN. La figure 24a illustre une vue de dessus d'une monocouche ou feuillet élémentaire et la figure 24b illustre un empilement de 3 monocouches de h-BN reliées entre elles par des forces de van der Waals. La figure 25 illustre les différentes étapes de la deuxième variante du 10 procédé selon l'invention et selon un deuxième mode de réalisation, dans lequel les éléments X et M sont implantés dans un substrat chimiquement inerte qui est une mince couche d'or. 15 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Les inventeurs ont déduit de leur expérimentations sur la synthèse des DCMT que la non homogénéité des couches obtenues par les méthodes précédemment citées est dûe, entre autre, au fait que ces méthodes sont 20 toutes basées sur des précurseurs gazeux qui, au contact du substrat, induisent la formation d'adsorbats qui diffusent en surface sur de « grandes » distances, supérieures ou égales à 1 micron en début de croissance, ces adsorbats libérant ensuite les atomes permettant la croissance latérale des cristaux du matériau 2D (voir plus loin figure 7bis). On constate qu'avec ce 25 type de diffusion il existe localement des agrégats, et le dépôt d'une ou de plusieurs monocouches homogènes est difficile voire impossible dans un temps raisonnable. Afin d'effectuer un apport homogène des atomes et de réduire sensiblement 30 cette longueur de diffusion latérale, la méthode de synthèse de matériaux 2D selon l'invention est basée sur une implantation ionique d'au moins un des éléments (ou atomes) composant le matériau 2D, avec un recuit de la zone comprenant les différents éléments. Pour une même température, la longueur de diffusion d'un atome 35 préalablement implanté dans un solide est beaucoup plus faible ( 3xFWHMx et 20 Ldm 3xFVVHMm. En outre il convient de limiter la température et la durée de recuit de façon à permettre aux atomes M et X de réagir entre eux et de former le composé MXn voulu tout en évitant l'exo-diffusion. Il existe également d'autres options pour limiter l'exo-diffusion (voir plus loin figure 19). 25 Une fois la diffusion effectuée et le matériau mat2D constitué, on dénomme Subr le substrat résiduel dans ou sur lequel mat2D est constitué. Pour certaines applications selon un mode de réalisation le procédé selon l'invention comprend, après l'étape de recuit, une étape de séparation Ele-4 30 d'au moins une monocouche de matériau bidimensionnel mat2D du substrat résiduel Subi- et une étape de récupération de mat2D sur un substrat de destination Subd. Des exemples sont donnés plus loin. Selon un autre mode de réalisation le procédé selon l'invention comprend en 35 outre après l'étape de recuit, une étape 370 de dissolution sélective de la 22 partie supérieure du substrat résiduel de manière à mettre à nu l'au moins une monocouche de matériau bidimensionnel mat2D. Avec un matériau 2D mis à nu on peut prendre facilement des contacts et fabriquer des dispositifs. 5 Nous allons à présent décrire plus précisément la première variante, illustré figure 8. Selon cette variante, l'étape d'apport de l'élément déposé ED consiste en un dépôt d'une couche mince LED de ED sur un premier support (substrat) Subi chimiquement inerte. On emploie ici le terme « support » de manière artificielle pour ne pas créer de confusion avec le « substrat » au 10 sens de l'implantation, et le support Subi est un substrat au sens commun du terme. L'élément El est implanté dans LED, le couche LED une fois implantée étant dénommée LiED. C'est dans cette couche LiED qu'est située Z[M+X]. Ici le substrat Sub dans lequel est implanté l'élément El est constitué de la couche de l'autre élément LED. Dans ce cas on peut considérer que 15 seul l'élément implanté diffuse lors du recuit. Suite au recuit à haute température T une couche active de matériau mat 2D est formée proche de la surface (la couche LED est mince). La partie de la couche restante, non transformée en mat2D, est dénommée couche résiduelle LrED. 20 Ainsi soit on implante X dans une couche métallique Lm, la couche une fois implantée étant dénommée LM, soit on implante M dans une couche Lx, la couche une fois implantée étant dénommée Lix. 25 Préférentiellement la couche LED est déposée sur un premier support/substrat Subi qui est monocristallin, tel que A1203, M90, .Quartz... Selon une option, le dépôt de la couche LED est réalisé par évaporation ou pulvérisation cathodique. 30 Selon une autre option la couche LED est réalisée par épitaxie sur le premier substrat Subi (par « MBE » pour Molecular beam Epitaxy ou « CVD » pour Chemical Vapor Deposition ») qui est alors nécessairement monocristallin. Selon encore une autre option l'étape de dépôt de la couche LED est réalisée par une méthode de dépôt de couches atomiques dénommé ALD pour 35 « Atomic Layer deposition » en anglais. 23 Selon la méthode et les conditions de dépôt, la couche LED est de nature polycristalline ou monocristalline. Pour être monocristalline la couche LED est épitaxiée sur Subi monocristallin qui sert alors de germe de croissance. L'arrangement monocristallin de la 5 couche LED peut permettre la synthèse organisée de mat2D, c'est-à-dire une croissance monocristalline. Préférentiellement l'énergie d'implantation E(Et) de l'élément implanté El est déterminée de sorte que la localisation de l'élément implanté El s'effectue 10 dans la couche déposée LED. La figure 9 illustre l'exemple d'un élément X implanté dans Lm. L'élément X implanté présente, dans la zone dans laquelle il est localisé, une concentration Cx(p) en fonction de la profondeur p de pénétration. Cette courbe a classiquement la forme d'une gaussienne, dont le maximum Rpx et 15 la largeur à mi-hauteur FWF-I-Mx est fonction de Ex, comme expliqué plus haut. L'énergie d'implantation Ex de l'élément X est déterminée de sorte que le maximum Rpx de Cx(p) soit situé dans la couche métallique Lm. 20 Pour certaines applications il convient de séparer mat2D de la couche résiduelle LEDr. La figure 10 illustre un mode de réalisation du procédé selon la première variante comprenant, après l'étape de recuit, une étape 310 de séparation du matériau bidimensionnel mat2D de la couche résiduelle LEDr et une étape 320 de récupération du matériau mat2D sur un substrat de 25 destination Subd. Pour effectuer la séparation, selon un mode de réalisation on effectue une attaque chimique sélective du matériau résiduel n'ayant pas réagi avec l'élément El. La couche active mat2D flotte alors par capillarité à la surface du bain d'attaque de l'élément ED, et on la récupère sur le substrat de 30 destination Subd selon une des méthodes connus de l'homme de l'art pour le transfert du graphène, tel qu'illustré figure 11. Si la couche de matériau 2D (mat2D) se forme à l'interface avec Subi, la couche LEDr se retrouve très proche de la surface et peut alors être attaquée 24 chimiquement. On obtient alors directement (sans transfert) la couche mat2D sur son substrat d'origine isolant. Un exemple de réalisation pratique d'une couche active de MoS2 selon la 5 première variante du procédé 10 selon l'invention est décrit ci-dessous. La figure 12 illustre la structure cristalline du MoS2. La figure 12a illustre l'environnement atomique du Mo (sphère foncée) vu en perspective. La figure 12b illustre en vue de dessus le réseau cristallin du MoS2 montrant le caractère hexagonal de la structure. La maille élémentaire bidimensionnelle 10 Mael2D de MoS2, qui contient un atome de Mo et deux atomes superposés de S, est représentée en grisé, limitée par les traits pointillés. Le paramètre de la maille est de 3,15 Angstrôms, ce qui correspond à 2.32 x 1015 atomes de soufre et 1.16 x 1015 atomes de Mo par centimètre carré. La figure 13 illustre le procédé employé. Une couche mince de molybdène 14A 15 d'épaisseur 10 nanomètres est déposée sur un substrat silicium recouvert d'une couche de silice thermique d'épaisseur 500 nm constituant Subi, tel qu'illustré figure 13a. Le soufre est ensuite implanté, typiquement à une énergie de 5 keV avec une dose de 2.8 1015 at.cm-2, tel qu'illustré figure 13b et de sorte que 83,3% 20 de cette quantité corresponde à 2,32 x 1015 atomes/cm2 (voir figure 14). La figure 14 montre le profil des ions S implantés dans la cible de Mo à 5 keV. Une proportion importante de la dose (83,3%) se retrouve dans le Mo, mais 12% de la dose ne se retrouve pas dans le matériau. Le maximum Rps est situé à une profondeur de 3.71 nm dans la couche mince métallique, et la 25 largeur FWHMs est de 6.25 nm. Après implantation du S, on réalise un recuit à 750°C pendant 1h dans une ampoule scellée sous vide primaire. Une variante consiste à encapsuler la couche mince de Mo implantée avec un matériau inerte (A1203, Si02, 1-1f02, Si3N4 ...) avant recuit sous atmosphère neutre, à la pression atmosphérique 30 ou bien sous vide. L'encapsulation permet d'éviter l'exodiffusion du S pendant le recuit à 750°C. La couche analysée par Raman montre les pics spécifiques du MoS2, tel qu'illustré figure 15. L'analyse à de multiples positions montre une couche homogène (résolution latérale du Raman de l'ordre du micron). 35 25 A noter que l'implantation de 2.8 x 1015/cm2 aboutit à l'obtention d'une monocouche de MoS2. Si l'on implante une dose double (5,6 x 1015/cm2), on obtient deux monocouches de -MoS2, etc... Le procédé selon l'invention est donc particulièrement versatile. 5 Nous allons à présent décrire plus précisément la deuxième variante, illustrée figure 16. Selon cette variante, l'étape 100 d'apport de l'élément X et l'étape 200 d'apport de l'élément M consistent en une implantation ionique dans un substrat Sub chimiquement inerte. 10 On appelle substrat chimiquement inerte un substrat dont les éléments le constituant ne forment pas de composés parasites avec les éléments M ou X du matériau 2D lors du recuit. Selon une première option pour effectuer la double implantation, l'énergie Em 15 d'implantation de l'élément M et l'énergie Ex d'implantation de l'élément X sont déterminées de manière à présenter respectivement un maximum Rpm et Rpx de concentration Cm(p) et -Cx(p) sensiblement égaux à la profondeur Po, tel qu'illustré figure 17. A titre d'exemple la figure 18 illustre la position du maximum de la 20 gaussienne d'implantation du bore RpB et de l'azote RpN dans un substrat de Si02 (Silice) en fonction respectivement de l'énergie d'implantation Eg des ions B et EN des ions N, pour la réalisation de h-BN. On voit par exemple que pour positionner le maximum des 2 gaussiennes à po = 65 nm sous la surface du Si02, il faut implanter B à -16 keV et N à - 23 keV. Si l'on veut 25 positionner le maximum des 2 gaussiennes à Po= 100 nm, on implantera le B à - 25 keV et le N à 36 keV (pointillés simple sur la figure 18). Pour limiter le phénomène d'exodiffusion de X, selon une deuxième option l'élément X est implanté à une profondeur supérieure à la profondeur 30 d'implémentation de l'élément M dans le substrat Sub (voir figure 19c). Rappelons que la profondeur est fonction de l'énergie d'implantation. La zone Z[M+X] est ici constituée d'atomes de X et M spatialement séparés avant le recuit. 26 La figure 19 reprend différentes manières, dans le cas d'une double implantation, de tenir compte de l'exo-diffusion de X. Le noir correspond à l'élément X et le gris foncé à l'élément M. La figure 19a illustre le recuit sous vapeur de X, la figure 19b illustre l'augmentation de la dose de X, la figure 5 19c illustre l'implantation à une profondeur différente de X et M (X plus profond), la figure 19d illustre rencapsulation (avant recuit) avec une fine couche de X et la figure 19e l'encapsulation avec un « top substrat » . La figure 20 illustre les différentes étapes de la deuxième variante du 10 procédé 10 selon un premier mode de réalisation selon lequel le substrat Sub (substrat au sens de l'implantation), chimiquement inerte et préférentiellement monocristallin, est isolant. Le substrat Sub est typiquement choisi parmi A1203, MgO, .Quartz,... Selon une option illustrée figure 20 le substrat Sub est une couche épitaxiée 15 sur un substrat Sub0. De manière générale le substrat d'implantation Sub est un matériau pour lequel les atomes M présentent une faible solubilité et qui ne forme pas de composés avec X stables à haute température (600-1000°C). 20 Sur la figure 20a à l'étape 100 des atomes de M sont implantés dans Sub à une profondeur moyenne p0. Sur la figure 20b à l'étape 200 des atomes de X sont implantés dans le substrat Sub sensiblement à la même profondeur po. On a vu que DX est supérieur à n.D0X, n étant le nombre de monocouches souhaitées. On a DM, dose d'ions M à implanter, légèrement supérieur ou 25 égal à n.DoM. En effet, les atomes M n'ayant pas tendance à exodiffuser comme les atomes X, la dose DM à implanter est préférentiellement égale ou très légèrement supérieure à n.DoM (voir plus haut). Les doses respectives d'ions M DM et d'ions X DX sont déterminées de manière à respecter la stoechiométrie de la maille élémentaire du matériau 30 mat2D et le nombre de couche n désiré. L'ordre d'implantation entre X et M est indifférent. Une zone Z.[M+X] présentant des atomes X et des atomes M implantés est créée au voisinage de la profondeur po dans le substrat Sub. Après rétape de recuit 300 illustrée figure 20c une couche active mat2D est 35 obtenue. 27 Ce premier mode de réalisation présente l'avantage que la couche active est enterrée dans le substrat Sub et protégée de l'air ambiant (la couche est passivée). De plus lors du recuit, il y aura moins d'exo-diffusion des atomes 5 X, et une couche d'encapsulation peut devenir inutile. Selon une option on se contente d'éliminer sélectivement la partie supérieure de Sub dans une étape 370 comme illustré figure 21, par exemple par dissolution sélective, pour obtenir une couche active à nu sur la partie 10 inférieure Subrinf du substrat résiduel. Selon une autre option illustrée figure 22 le procédé 10 comprend en outre une étape de séparation 350 du matériau bidimensionnel mat2D du substrat Sub, et une étape 360 de récupération de mat2D sur un substrat de 15 destination Subd. Selon encore une autre option il n'y a pas de séparation, et on fabrique directement des dispositifs basés sur cette couche active mat2D enterrée tel qu'illustré figure 23 pour la fabrication d'un dispositif (opto)électronique 20 (transistor, photodétecteur,...). Par exemple pour réaliser un transistor, on dépose une couche de résine photosensible 12 puis par photolitographie et gravure ionique (« Ion beam eching » en anglais) on creuse deux puits dans le matériau Sub. Puis en II on remplit ces trous de métal et en III par un procédé « lift off » on ne garde que les trous métallisés, préférentiellement en 25 contact avec la couche mat2D par la tranche de manière à constituer la source S et le drain D du transistor. Puis en IV on fabrique la grille G pour finaliser le transistor. A titre d'exemple illustratif, on utilise cette deuxième variante avec 30 implantation dans un substrat isolant pour synthétiser du BN par coimplantation d'ions B et N dans une couche de Si02. La figure 24 présente la structure d'une monocouche de la variété hexagonale de h-BN. Cette structure est similaire à celle du graphène, avec un réseau bidimensionnel en nid d'abeille. La distance B-N est de 0.1446 35 nm. La figure 24a illustre une vue de dessus d'une monocouche ou feuillet 28 élémentaire, les atomes N en foncé et les atomes B en plus clair. Le domaine en traits pointillés représente la maille élémentaire 2D Mael2D qui comprend un atome de B et un atome de N. La figure 24b illustre un empilement de 3 monocouches de h-BN reliées 5 entre elles par des forces de van der Waals. La structure d'une monocouche de h-BN ne présente qu'un seul plan atomique. La distance B-N est de 0.1446 nm. Une nnonocouche de h-BN compte 1.84 x 1015/cm2 atomes de B et N. En co-implantant B et N dans une couche inerte 10 de Si02, à des doses de n x 1.84 x1015/cm2 pour chacune des espèces, on obtient n couches de h-BN après recuit dans des conditions appropriées. Une fois le recuit d'implantation effectué, il suffit de dissoudre sélectivement la silice (e.g., avec une solution de HF tamponné) pour obtenir le h-BN, qui peut être transféré sur son substrat de destination. On peut aussi dissoudre 15 sélectivement la partie supérieure de la silice et obtenir ainsi du h-BN directement sur SiO2. L'énergie d'implantation est déterminée avec l'aide de la figure 18 en fonction de la profondeur souhaitée pour chaque élément. 20 La figure 25 illustre les différentes étapes de la deuxième variante du procédé selon un deuxième mode de réalisation dans lequel les éléments X et M sont implantés dans un substrat Sub chimiquement inerte qui est une mince couche d'or Lm. Une implantation d'éléments M et X dans une couche d'or est possible car l'or est un des rares métaux qui ne constitue pas de 25 composés chimiques avec les chalcogènes à haute température. L'or constitue donc un substrat chimiquement inerte tel que définit plus haut. Sur la figure 25a à l'étape 100 des atomes de M sont implantés dans la mince couche d'or Lm, à une profondeur p0 comprise dans l'épaisseur de la couche d'or. Typiquement LAu présente une épaisseur comprise entre 30 quelques nm et quelques dizaines de nanomètres. La couche d'or est elle-même déposée sur un deuxième support/substrat Sub2 chimiquement inerte, isolant et préférentiellement monocristallin. Sur la figure 25b à l'étape 200 des atomes de X sont implantés dans la couche d'or LAu sensiblement à la même profondeur PO. 29 Lors de l'étape de recuit 300 illustrée figure 25c, une couche de mat2D se constitue à l'interface avec l'air, en surface de la couche d'or. En effet le taux de solubilité dans l'or de X et M est très faible, les atomes sont « poussés » vers la surface. 5 Le résultat final est une couche mat2D à la surface d'une couche métallique résiduelle LAur, elle-même sur un substrat isolant et monocristallin Sub2. Une séparation de mat2D de la couche LAur peut être réalisée de la même manière que pour la première variante. 10 Selon un autre aspect, l'invention concerne un dispositif typiquement électronique ou optoélectronique (transistor, photodétecteur,...) comprenant au moins une monocouche L de matériau bidimensionnel mat2D, dénommée couche active, enterrée dans un substrat Sub chimiquement inerte, ledit matériau bidimensionnel comprenant au moins un élément M, métal ou 15 métalloïde, et un élément X respectivement un chalcogène ou de l'azote. Un exemple de réalisation d'un tel dispositif de type transistor est décrit figure 23. Les méthodes de réalisation de matériaux 2D selon l'état de la technique ne permettent de réaliser que des couches en surface (voir figure 7bis). Seule 20 l'utilisation de l'implantation ionique permet l'obtention REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'au moins une monocouche (L) d'un matériau bidimensionnel (Mat2D), ledit matériau bidimensionnel comprenant au moins un élément M, métal ou métalloïde, et un élément X respectivement un 5 chalcogène ou de l'azote, le procédé comprenant : -une étape (100) d'apport de l'élément M et une étape (200) d'apport de l'élément X de manière à former, dans un substrat (LED, Sub) une zone (Z[M+X]) comprenant des atomes de l'élément M et des atomes de l'élément X, 10 -une étape de recuit (300) de manière à former l'au moins une monocouche (L) de matériau bidimensionnel (mat2D) par diffusion desdits atomes dans ledit substrat, et dans lequel au moins une étape d'apport parmi l'étape (100) d'apport de l'élément M et l'étape (200) d'apport de l'élément X est réalisée par 15 implantation ionique. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le matériau bidimensionnel (mat2D) est constitué de deux éléments, et a une formule chimique de type MX ou MX2 ou MX3 avec M-métal et X chalcogène, 20 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel l'élément X est choisi parmi Souffre (S), Tellure (Te), Sélénium (Se). 4. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le matériau bidimensionnel 25 (mat2D) est constitué de deux éléments, l'élément M étant le métalloïde Bore (B) et l'élément X étant de l'azote (N), et a une formule chimique de type BN. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'étape de recuit s'effectue sous vide ou sous gaz neutre 30 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'étape de recuit s'effectue à une température comprise entre 600° et 1000°. 31 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel l'étape de recuit s'effectue par illumination de ladite zone avec un laser pulsé. 8. Procédé selon t'une des revendications 1 à 4 dans lequel l'étape de recuit 5 s'effectue sous pression de vapeur de l'élément X 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'étape de recuit est précédée par une étape d'encapsulation dudit substrat (Sub) comprenant ladite zone (Z[M+X]). 10 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel un nombre total (DX, DM) d'atomes implantés par unité de surface de l'au moins un élément implanté (X, M) est supérieure ou égal au produit du nombre de monocouches à réaliser (n) par une densité atomique par unité de surface 15 (DoX, DoM) dudit élément implanté (X, M) dans une monocouche dudit matériau bidimensionnel. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel une température (T) et une durée (t) du recuit sont déterminés de sorte qu'une 20 longueur de diffusion des atomes du ou des éléments implantés soit comprise entre 5 et 10 nm. 12. Procédé selon l'une des revendications précédentes comprenant, après l'étape de recuit, une étape de séparation (310, 350) de l'au moins une 25 monocouche de matériau bidimensionnel (mat2D) du substrat résiduel (LEDr, Subr) et une étape (320) de récupération de ladite au moins une monocouche de matériau bidimensionnel (mat2D) sur un substrat de destination (Subd). 30 13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11 comprenant en outre après l'étape de recuit, une étape (370) de dissolution sélective de la partie supérieure du substrat résiduel de manière à mettre à nu l'au moins une monocouche de matériau bidimensionnel (mat2D). 32 14. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel une seule étape d'apport d'élément est réalisée par implantation ionique, ledit élément état dénommé élément implanté (El), l'étape d'apport de l'autre élément consistant en un dépôt d'une couche dudit autre élément sur un premier support (Subi) chimiquement inerte, la couche étant dénommée couche déposée (LED) et l'autre élément étant dénommé élément déposé (ED), la couche déposée (1_,D) constituant ledit substrat. 15. Procédé selon la revendication 14 dans lequel une énergie d'implantation 10 (E(EI)) de l'élément implanté est déterminée de sorte que l'implantation ionique de l'élément implanté (El) s'effectue dans ladite couche déposée (LED). 16. Procédé selon l'une des revendications 14 ou 15 dans lequel le premier 15 support (Subi) est monocristallin. 17. Procédé selon l'une des revendications 14 à 16 dans lequel la couche déposée (LED) est réalisée par évaporation ou pulvérisation cathodique. 20 18. Procédé selon l'une des revendications 14 à 16 dans lequel la couche déposée (LED) est épitaxiée sur ledit premier support (Subi). 19. Procédé selon selon l'une des revendications 14 à 16 dans lequel la couche déposée (LED) est réalisée par une méthode (ALD) de dépôt de 25 couches atomiques. 20. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13 dans lequel les deux étapes d'apport sont réalisées par implantation ionique dans ledit substrat (Sub), chimiquement inerte. 30 21. Procédé selon la revendication 20 dans lequel l'élément X et l'élément M sont implantés sensiblement à une même profondeur (p0) dans ledit substrat (Sub). 33 22. Procédé selon la revendication 20 dans lequel l'élément X est implanté à une profondeur supérieure à la profondeur d'implémentation de l'élément M dans ledit substrat (Sub). 5 23. Procédé selon l'une des revendications 20 à 22 dans lequel le substrat (Sub) est isolant et monocristallin. 24. Procédé selon l'une des revendications 20 à 23 dans lequel le substrat est constitué d'une couche d'or (LAu) déposée sur un deuxième support 10 (Sub2), l'élément X et l'élément M étant implantés dans ladite couche d'or (LAu). 25. Dispositif susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'une des revendications 1 à 24 comprenant au moins une monocouche (L) de 15 matériau bidimensionnel (mat2D) dénommée couche active enterrée dans un substrat (Sub) chimiquement inerte, ledit matériau bidimensionnel comprenant au moins un élément M, métal ou métalloïde, et un élément X respectivement un chalcogène ou de l'azote. 20