Croissance de graphène et de BN par CVD haute température
Le graphène et le nitrure de bore (BN) ont en commun de nécessiter de hautes températures de croissance.
Sur la base de son expertise en croissance CVD (dépôt chimique en phase vapeur) de SiC à haute température,
le CRHEA a développé depuis 2010 une méthode originale de croissance de graphène sur SiC par CVD sous hydrogène.
La présence d’hydrogène a d’importants effets sur la croissance. Il permet en particulier de former, selon les conditions
de croissance, différentes structures depuis des monocouches orientées sur une couche tampon jusqu’à des multicouches avec
un désordre azimuthal sur une interface hydrogénée.
Cette méthode a également un intérêt technologique fort dans la mesure où elle permet de faire croitre des films d’une
monocouche de graphène uniforme sur des substrats de SiC de 2’’.
Ces monocouches de graphène de grande surface sont employées, en interne et dans le cadre de collaborations, comme surface
pour la croissance van der Waals de matériaux 2D ou 3D (il peut alors plutôt s’agir d’épitaxie « à distance »).
Sur la base du savoir-faire acquis dans la croissance du graphène, nous travaillons actuellement sur la croissance du BN
(ainsi que d’AlN) dans un réacteur semblable à celui utilisé pour la croissance du graphène mais développé et dédié à la croissance
de nitrures.
Graphène épitaxié sur un substrat de 6H-SiC de 2 pouces de diamètre : morphologie (à gauche) et image de phase (à droite) en tapping AFM. Les zones jaunes sur l’image de phase révèlent la présence d’une seconde couche de graphène, le reste de la surface étant couvert d’une seule monocouche.
Moyens de croissance CVD « R1 » : réacteur CVD horizontal à parois chaudes 2’’. Construit en 2000 pour la croissance de SiC, il est également utilisé depuis 2010 pour la croissance de graphène.
CVD « R5 » : réacteur CVD horizontal à parois chaudes 2’’. Il s’agit du réacteur jumeau de R1, mais adapté aux éléments V pour la croissance de BN et d’AlN à haute température.
Responsable : Adrien Michon (CR)
Bio express :
- 2007, thèse au LPN* : croissance de boîtes quantiques InAs/InP par MOVPE
- post-doc à l’IEF* : transport vertical unipolaire dans les nitrures
- post-doc au LPN* : technologie de demi-VCSELs GaAs pompés électriquement
- 2010 : CR au CRHEA : croissance de graphène sur SiC
*aujourd’hui C2N
Quelques publications :
- A. Michon et al., Direct growth of few-layer graphene on 6H-SiC and 3C-SiC/Si via propane chemical vapor deposition, Applied
Physics Letters 97, 171909 (2010)
- B. Jabakhanji et al., Tuning the transport properties of graphene films grown by CVD on SiC(0001): Effect of in situ hydrogenation
and annealing, Physical Review B 89, 085422 (2014)
- R. Ribeiro-Palau et al., Quantum Hall resistance standard in graphene devices under relaxed experimental conditions,
Nature Nanotechnology 10, 965 (2015)
- R. Dagher et al., A comparative study of graphene growth on SiC by hydrogen-CVD or Si sublimation through thermodynamic simulations,
Cryst. Eng. Comm., 20, 3702 (2018)
- Z Ben Jabra et al., Van der Waals heteroepitaxy of air-stable quasi-free-standing silicene layers on CVD epitaxial graphene/6H-SiC,
ACS Nano 16, 5920 (2022)
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