Le groupe de détection quantique du NPL a récemment publié une étude dans Rapports scientifiques qui jette un nouvel éclairage sur les propriétés électroniques du graphène quasi-libre (QFSG), un matériau pouvant trouver des applications dans l'électronique à grande vitesse, applications de détection et électroniques.

L'étude, qui a été menée en collaboration avec l'Université de Surrey, ROYAUME-UNI, et l'Institut de technologie des matériaux électroniques, Pologne, montre pour la première fois les changements à l'échelle nanométrique des propriétés électroniques et structurelles du graphène lors de l'intercalation d'hydrogène qui découple le matériau du substrat de support en carbure de silicium.

Les chercheurs ont montré que l'insertion de molécules d'hydrogène entre le graphène épitaxié et le SiC favorise un changement spectaculaire des propriétés électroniques du matériau, entraînant un changement de type de transporteur et une augmentation significative de la mobilité des transporteurs.

En utilisant la microscopie à force de sonde Kelvin, les scientifiques ont pu générer une carte complète de la distribution potentielle de surface des couches de graphène à la fois pour le graphène épitaxié supporté par SiC et le QFSG sur SiC. En observant un changement dans la distribution de potentiel de surface entre les deux systèmes, directement corrélée aux informations de la spectroscopie Raman, les scientifiques ont pu détecter des changements dans les propriétés électroniques des couches de graphène.

« Alors que les électrons sont les principaux porteurs du graphène épitaxié vierge, dans le QFSG les principaux porteurs sont des trous, " Olga Kazakova, chercheur principal, expliqué.

En effectuant des mesures basées sur l'effet Hall, le groupe a également observé une multiplication par trois de la conductivité du QSFG, une caractéristique fondamentale pour les applications futures en électronique.

Kazakova a déclaré que l'augmentation observée de la mobilité des porteurs approche le record du monde pour ce type de matériaux à température ambiante.

Graphène épitaxié sur SiC, qui est obtenu par la méthode de dépôt chimique en phase vapeur (CVD), présente trois avantages principaux, car il peut être facilement mis à l'échelle jusqu'à 4 pouces de taille, a une très bonne qualité structurelle et ne nécessite pas de transfert sur un autre substrat, simplifiant ainsi considérablement le processus technologique.

Cependant, la couche interfaciale entre le graphène et le SiC réduit la conductivité du matériau. limitant les applications du graphène épitaxié vierge dans l'électronique à grande vitesse.

Une fois que la formation de QFSG par intercalation d'hydrogène s'est produite, le matériau change ses propriétés électroniques et montre une mobilité électrique élevée.

« Dans notre travail, nous avons montré pour la première fois comment ce processus se déroule à l'échelle nanométrique, ", a déclaré Kazakova.