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15 May 2008

Croissance du graphène.

Graphène

Le graphène est un des matériaux les plus étudiés à l'heure actuelle, pour ses propriétés physiques (notamment électroniques, optiques et mécaniques). Son étude ainsi que celle des nanotubes de carbone ont permis de nombreuses découvertes et ont ouvert des pistes quant au futur de l'électronique et des nanosciences. Le graphène est composé de couches de carbones très régulières.

Productions

Une des difficultés pour exploiter ce matériau consiste en sa fabrication, et notamment sa fabrication industrielle. Obtenir des larges « feuilles » de graphène de façon reproductible est très difficile avec les méthodes actuelles.

Deux méthodes

Deux méthodes sont très utilisées actuellement. La méthode de clivage micromécanique utilisée actuellement ne produit pas de feuilles assez grandes et larges pour la plupart des applications. La méthode de croissance épitaxiale pose des problèmes d'uniformité dimensionnelle des couches des graphène, et créé souvent des liens entre le substrat et le graphène. Ces liens peuvent modifier les propriétés intrinsèques du graphène.

Nouvelle méthode ?

Un groupe de chercheurs du laboratoire national de Brookhaven (Long Island, NY) a trouvé une nouvelle méthode pour obtenir du graphène. Leur méthode est basée sur la méthode épitaxiale. L’idée est de contrôler la croissance du graphène couche par couche, par traitement thermiques, en utilisant un substrat de Ruthénium. En chauffant le Ruthénium et le carbone à 1150°C, les atomes de carbone sont absorbés par le Ruthénium. Ensuite, lors d'un refroidissement à 850°C, des atomes de carbones commencent à apparaître sur l'ensemble de la surface du Ruthénium en formant des petites « îles » de carbones qui vont se connecter lors du refroidissement pour créer la première couche de graphène, puis la seconde.

La maitrise de ce procédé permet d'obtenir une double couche de graphène, la première ayant une très forte affinité avec le substrat et une seconde que l'on peut détacher « plus aisément » afin d’obtenir une couche unique de graphène.

Source

A Smarter Way to Grow Graphene

27 March 2008

Mobilité électrique du Graphène

Introduction sur les recherches

Des chercheurs de l'université du Maryland viennent de montrer que la mobilité des électrons dans le graphène était supérieure à celle dans les autres matériaux dans des conditions de températures ordinaires. Cette découverte confirme l'intérêt porté sur ce matériau par les chercheurs et les industriels pour l'évolution des semi-conducteurs.

L'équipe de recherche du Professeur Fuhrer de l'université du Maryland a publié ses résultats dans Nature Nanotechnology, en utilisant une couche fine de graphène déposée sur un substrat de Silicium. Le graphène est très étudié pour ses multiples propriétés et notamment ses propriétés de semi-métal et de semi-conduction. Il pourrait être une des solutions pour remplacer le Silicium.

Résultats

Conductivité

Les mesures de cette équipe ont montré que les vibrations thermiques n'ont que des effets exceptionnellement faibles sur la conduction des électrons présents dans le graphène. En général, dans un matériau, l'énergie thermique fait vibrer les atomes et augmente donc la résistivité électrique intrinsèque, et limite la conductivité maximale dans celui-ci. Cette résistivité ne peut être réduite que par fort refroidissement du matériau. Ainsi, ces mesures montrent que la résistivité du graphène à température ambiante est de l'ordre de 10 nOhm.m (nano Ohm-mètre), alors que l'argent, le meilleur matériau jusqu'alors, présente une résistivité de 15,8 nOhm.m . Ceci représente donc une amélioration d'environ 35%.

Mobilité

Pour les semiconducteurs, on se réfère en général à la mobilité des porteurs de charges, exprimée en cm²/Vs (centimètres carré par Volt seconde). Là aussi, l'équipe a montré que la limite de mobilité dans le graphène est d'environ 200 000cm²/Vs, alors qu'elle est de 1,400cm²/Vs dans le silicium et de 77 000cm²/Vs dans l'antimoniure d'indium (InSb), le semi-conducteur ayant la meilleure mobilité mesurée à ce jour.

Il faut cependant noter qu'à cause des imperfections dans les échantillons utilisés, les résultats expérimentaux n'ont pas atteint les maximums théoriques.

Sources

Physicists Show Electrons Can Travel More Than 100 Times Faster in Graphene