L'effet de la polycristallinité du cuivre sur la croissance du graphène en présence des molécules azotées et fabrication des transistors à base de graphène N-dopé

摘要

Le bon choix d'un catalyseur pour la croissance, par CVD à basse pression, du graphène de haute qualité est l'un des plus importantes étapes. En effet, la cristallinité du catalyseur utilisé pour la croissance CVD a un effet important sur le comportement de la solubilité des atomes du précurseur de carbone, et vice versa. Par exemple, le cuivre est le candidat idéal pour l'obtention d'une monocouche de graphène vis-à-vis le Nickel qui est utilisé pour la synthèse de graphène multicouche. En effet, le cuivre, à une solubilité massique en carbone inférieure à celle du nickel ce qui permet ce genre de croissance. Dans ce mémoire, l'étude de la cristallinité du cuivre durant la croissance du graphène à partir des molécules azotées a été réalisée. En premier lieu, en utilisant le nitrométhane (CH3NO2) comme précurseur contenant des atomes de carbone, d'oxygène et d'azote nous avons constaté qu'il a un effet direct sur la morphologie du cuivre et sur la nature du graphène obtenu. En effet, la présence simultanée de l'oxygène et de l'azote induit une érosion du catalyseur. Les surfaces du cuivre obtenu après croissances affichent une perte de masse accompagnée de la formation des trous. En utilisant différentes techniques d'analyse incluant la spectroscopie Raman, la microscopie électronique à balayage (MEB), la microscopie optique, la diffraction aux rayons X (DRX), la spectroscopie aux photoélectrons X (XPS) et la spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie (EDS), nous avons conclu que la chimisorption du nitrométhane sur la surface du cuivre induit une évaporation des entités cuivre-fraction molécules azotées. D'après les résultats de la DRX, nous avons remarqué une légère augmentation du pic Cu (111) caractéristique de la croissance du graphène accompagnée d'une diminution du pic Cu (220). Devant ce changement de cristallinité et l'évaporation des films de cuivre, nous avons tiré une première conclusion que la réaction du nitrométhane avec le cuivre est sélective. Dans ce sens, pour ouvrir une discussion sur la nature de la cristallinité des catalyseurs utilisés pour la croissance du graphène à partir des molécules azotées comme le nitrométhane une étude comparative a été menée aussi sur la surface du nickel. À l'opposé du cuivre comme catalyseur de croissance en contact avec le nitrométhane, le nickel a montré une résistance à l'érosion. En second lieu, en utilisant un précurseur qui contient du carbone, de l'azote et qui ne contient aucun atome d'oxygène, la synthèse du graphène par CVD a été réussie. Ce précurseur qui est l'éthylènediamine (EDA) a permis la croissance à la surface du cuivre, du graphène monocouche de bonne qualité et avec un bon dopage de l'ordre de 3,7%. Par la suite, des transistors à effet de champ à base du graphène à partir du méthane et du graphène N-dopé ont été réalisés. Les mesures de différentes courbes électriques pour la mobilité des porteurs de charges (Caractéristiques de sorties (Id-Vd) et de transfert (Id-Vg) ont affirmé le dopage du graphène. En effet, les transistors réalisés du graphène N-dopé présentent un changement de comportement de type-p (graphène) vers un comportement de type-n (graphène N-dopé) et le déplacement du point Dirac vers la gauche. Ainsi, les bonnes stabilités et sensibilités électriques des films de graphènes obtenus confirment que les transistors fabriqués peuvent être utilisés en tant que capteur de gaz (ammoniac) dans un futur travail.