Centre de Nanosciences
et de Nanotechnologies

CVD/PECVD AIXTRON pour la croissance de graphène

 

Recherche technologique sur la croissance de nouveaux matériaux 2D


Figure1 : CVD/PECVD Aixtron pour la croissance de graphène


Figure 2 : Feuille de graphène transférée sur film plastique (PET)


Figure 3 : Spectre Raman sur monocouche de graphène transférée sur substrat Silicium oxydé


Figure 4 : Monodomaine de graphène sur substrat cuivre


Figure 5 : micro spectromètre Raman RENISHAW

Banc de mesures I(V) sous vide
Figure 6 : Banc de mesure I(V) sous vide

La croissance de graphène par Dépôt Chimique en phase Vapeur (CVD) 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 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 microfluidique, l’électrochimie, la nanofabrication (MEMS, NEMS).
Tous ces divers domaines nécessitent un matériau optimisé, à titre d’exemple, un graphène 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 graphène multidomaines.

L’équipement CVD/PECVD AIXTRON est actuellement dédié à la réalisation de surfaces de graphène 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 noter disposition sont : Ar, H2, N2, CH4 et cet équipement permet de chauffer le substrat jusqu’à 1100°C.

Nous travaillons à optimiser la croissance du matériau sur différents substrats (Cu, Ge, HBN..) : amélioration de la mobilité des porteurs, contrôle du dopage in-situ/ex-situ, maitrise de la taille des mono-domaines et de mieux maîtriser la qualité de transfert sur substrats spécifiques du matériau graphène (Au, SiO2 (figure 3), GaAs, quartz, PET (figure 2)…).

Nous disposons d’un ensemble d’équipements de caractérisation spectroscopique (micro Raman –figure 5) et électrique (Effet Hall, I(V) – figure 6).

L’optimisation du matériau est guidée par des démonstrateurs spécifiques aux applications telles que : cellules de mesures pour microfluidiques, dispositifs pour greffage de molécules, Barres de Hall, Capteurs de gaz, dispositifs THz sur plastique

Contacts

Ali Madouri (IRHC)
Antonella Cavanna (IR1)

Non Permanents

Joanna Njeim (thésard)
Zied Othmen (thésard)

Projets

Nous alimentons divers projets (composants des télécommunications, cellules photovoltaïques, dispositifs pour la biologie, capteurs de gaz, dispositifs THz sur plastiques…).

Collaborations

  • LMSC (Univ. Paris Diderot): solid nanopores (in graphene) fabrication and integration for biology translocation measurements.
  • University of Science at Tunis: Photo Luminescence and Raman spectroscopy on graphene and its applications on semiconductors (QD).
  • University of Carthage at Tunis : Graphene for gas detection and microbalance for wet chemicals
  • ISC (Institute for Complex Systems du CNR Rome)
  • Synchrotron Soleil : ANTARES – nanoARPES
  • GEEPS (SUPELEC High School): Graphene RF Devices, PV

Publications