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  • Outil express pour le contrôle qualité du graphène

    La conception d'un appareil superposé sur une image optique d'un échantillon de graphène - les patchs bicouches sont clairement visibles sur un fond monocouche. Crédit :Arseniy Lartsev, Université de technologie Chalmers

    Le Laboratoire national de physique (NPL) a collaboré avec l'Université de technologie de Chalmers et l'Université de Linköping en Suède pour aider à développer un outil rapide et peu coûteux pour le contrôle de la qualité du graphène cultivé sur du carbure de silicium.

    Le graphène a été fabriqué à l'origine à l'aide d'une méthode appelée « exfoliation » qui consiste à séparer le graphite, par exemple avec du ruban adhésif, jusqu'à ce qu'il vous reste une couche de carbone d'un atome d'épaisseur. Bien que cela produise du graphène de haute qualité, la méthode n'est pas adaptée à la production de masse et aux applications commerciales.

    Une autre méthode consiste à faire croître du graphène par épitaxie (en couches) à partir d'un cristal de carbure de silicium à haute température. Le NPL et ses collaborateurs ont récemment utilisé du graphène cultivé de cette manière pour développer un standard de résistance de Hall quantique supérieur. Cependant, porter la production de graphène aux niveaux et à la perfection requis par l'industrie électronique, des outils de mesure rapides et peu coûteux pour le contrôle de la qualité sont nécessaires.

    La nouvelle technique de contrôle qualité, Publié dans Lettres nano , est basé sur la microscopie optique et peut être utilisé pour comprendre l'effet du substrat en carbure de silicium sur la qualité de la couche de graphène. On pensait auparavant que le contraste du graphène sur le carbure de silicium était trop faible pour être observé directement avec un microscope optique. Mais, en analysant des images optiques et en les comparant à des mesures électriques, la technique a permis d'identifier des couches de graphène uniques de seulement 0,3 nanomètre d'épaisseur.

    Dans une démonstration pratique, les chercheurs ont construit des dispositifs au graphène sur des parties spécifiques du carbure de silicium, qu'ils ont localisé à l'aide de la technique de microscopie optique. En plus d'identifier des couches simples de graphène, ils ont pu visualiser des caractéristiques telles que des terrasses étagées sur le substrat de carbure de silicium et des zones de graphène multicouche. Ils ont ensuite testé les caractéristiques électriques des appareils construits sur chaque zone. Les résultats ont confirmé la capacité du microscope optique à détecter des zones de topographie et de couverture de couche différentes du graphène.

    Cette recherche démontre comment la microscopie optique peut détecter des défauts lors de la croissance du graphène sur du carbure de silicium. Les résultats produits sont comparables à d'autres techniques plus développées mais sont plus rapides à obtenir et non invasives. Cela fait de la technique de microscopie optique un candidat de choix pour le contrôle qualité industriel.

    La contribution de NPL au projet était de quantifier les images optiques et de valider les données de microscopie optique à l'aide de techniques bien établies telles que la microscopie à sonde Kelvin à balayage. Ce travail a été soutenu par le projet ConceptGraphene du septième programme-cadre (7e PC) de l'UE et le projet IRD sur le graphène du UK National Measurement Office.

    NPL a récemment rejoint la Graphene Stakeholders Association pour promouvoir le développement responsable du graphène et des technologies utilisant le graphène.

    En savoir plus sur les travaux de NPL sur le graphène.


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