Recherche technologique sur la croissance de nouveaux matériaux 2D

La croissance de graphène par Dépôt Chimique en phase Vapeur (CVD) ou bien assisté plasma (PECVD) sur un substrat métallique a montré avec succès la capacité de cette technique pour la production du matériau à grande échelle. Des efforts considérables ont été réalisé afin d’utiliser divers substrats, métalliques entre autres, notamment le cuivre. La faible solubilité du carbone dans ce type de substrat et son faible coût, font de lui un substrat de choix.

La qualité du graphène réalisé par croissance CVD a été améliorée, sans cesse, et de manière significative lors de ces dernières années surtout pour des applications dans le domaine de la nanoélectronique. Plusieurs autres domaines d’applications sont, également d’un grand intérêt pour le graphène, tels que la photonique, la détection, la micro fluidique, l’électrochimie, la nano fabrication (MEMS, NEMS).

Tous ces divers domaines nécessitent un matériau optimisé, à titre d’exemple, un Graphene mono-domaine va être plus intéressant pour la nanoélectronique que pour la détection et de la même manière, le taux de greffage de molécules est beaucoup plus élevé sur un Graphene multi domaines.

L’équipement CVD/PECVD AIXTRON est actuellement dédié à la réalisation de surfaces de Graphene allant jusqu’à 10x10 cm² (figure1).  Cet équipement relativement versatile permettra la croissance de nouveaux matériaux 2D. Il offre plusieurs degrés de liberté tels que la croissance par CVD classique,  l’utilisation d’un plasma afin d’augmenter l’efficacité des espèces réactives tout en ayant la possibilité de réaliser des procédés « pulsés ». Les gaz à disposition sont : Ar, H2, N2, CH4, SiH4, NH3, B2H6/H2 et cet équipement permet la croissance à pression variable (de 2 à 760mTorr) et à température allant jusqu’à 1100°C.

Nous travaillons à optimiser la croissance du matériau sur différents substrats (Cu, Ge, HBN, Saphir...) : amélioration de la mobilité des porteurs, contrôle du dopage in-situ/ex-situ, maitrise de la taille des mono-domaines et également, nous optimisons la qualité du transfert du matériau Graphene sur substrats spécifiques (Au, SiO2, GaAs, quartz, PET (figure 2)…

L'optimisation du matériau est guidée par des démonstrateurs spécifiques aux applications telles que: cellules de mesure pour microfluidique, dispositif pour greffage de molécules, barres de Hall, capteurs de gaz toxiques, dispositifs THz sur plastique (PET, PEN). Le matériau est qualifié par spectroscopie Raman (figures 3 & 4) et par mesure de ses propriétés électriques (figure 5).

Contacts

Ali Madouri (IRHC)
Antonella Cavanna (IR1)

Non Permanents

Afef Dammak (thésard, IPEST Univ. Carthage Tunisie)

Yosra Ben Maad (thésard, FST Univ. El Manar, Tunisie)

Zied Othmen (post-doc Centrale-Supelec)

 

    
Figure 3 : Spectre Raman sur monocouche de graphène transférée sur substrat Silicium oxydé
Figure 4 : micro spectromètre Raman RENISHAW
Figure 5 : Banc de mesure I(V) sous vide