En 2004, le public a découvert pour la première fois le graphène, un matériau remarquablement fin, flexible et électriquement conducteur possédant une résistance considérable. Cependant, exploiter le potentiel du graphène en tant que composant a présenté de nombreux défis.

Par exemple, la création de transistors à base d’électrodes nécessite le dépôt de films diélectriques extrêmement fins. Malheureusement, ce processus a conduit à une réduction des propriétés électriques du graphène et a provoqué des défauts lors de la mise en œuvre.

Une équipe de recherche composée de co-chercheurs, dont le professeur Jihwan An du département de génie mécanique de l'Université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH), le Dr Jeong Woo Shin du département de génie mécanique de NTU Singapour et Geonwoo Park du département du MSDE à SEOULTECH a utilisé une nouvelle approche appelée dépôt de couche atomique assisté par UV (UV-ALD) pour traiter l'électrode de graphène.

Cette technique pionnière a abouti à la production réussie d’une interface graphène-diélectrique haute performance. Leurs découvertes ont été présentées dans Advanced Electronic Materials. .

L'équipe de recherche est devenue la première à appliquer l'UV-ALD au dépôt de films diélectriques sur la surface du graphène, un matériau 2D. Le dépôt de couche atomique (ALD) consiste à ajouter des couches ultra-minces à l’échelle atomique à un substrat, et son importance a considérablement augmenté à mesure que la taille des composants semi-conducteurs a diminué. L'UV-ALD, qui combine la lumière ultraviolette avec le processus de dépôt, permet un placement de film plus diélectrique que l'ALD traditionnel. Cependant, personne n'avait exploré l'application de l'UV-ALD pour les matériaux 2D tels que le graphène.

L'équipe de recherche a utilisé la lumière UV avec une faible plage d'énergie (inférieure à 10 eV) pour déposer des films diélectriques de couche atomique sur la surface du graphène, activant ainsi efficacement la surface du graphène sans compromettre ses propriétés inhérentes. Cette activation a été réalisée dans des conditions spécifiques (dans les 5 secondes par cycle pendant le processus ALD), démontrant la possibilité de déposer des films diélectriques à couche atomique de haute densité et de haute pureté à basses températures (inférieures à 100 ℃).

De plus, lorsque les transistors à effet de champ au graphène ont été fabriqués à l'aide du procédé UV-ALD, les propriétés électriques exceptionnelles du graphène sont restées intactes. Le résultat a été une multiplication par trois de la mobilité des charges et une réduction significative de la tension de Dirac en raison de la réduction des défauts sur la surface du graphène.

Le professeur Jihwan An, qui a dirigé la recherche, a expliqué :« Grâce à l'UV-ALD, nous avons obtenu une interface graphène-diélectrique haute performance. » Il a ajouté :"Notre étude a abouti à un dépôt uniforme de couche atomique sans compromettre les propriétés de ce matériau 2D. J'espère que ce développement ouvrira la voie à la prochaine génération de dispositifs semi-conducteurs et énergétiques."

Plus d'informations : Geonwoo Park et al, Interface graphène-diélectrique haute performance par dépôt de couche atomique assisté par UV pour transistor à effet de champ de graphène, Matériaux électroniques avancés (2023). DOI : 10.1002/aelm.202300074

Fourni par l'Université des sciences et technologies de Pohang