Etude à l'échelle atomique du graphène et électroluminescence du PTCDI sur 6H-SIC(0001) par microscopie à effet tunnel

Atomic-scale study of graphene and electroluminescence properties of PTCDI on 6H-SiC(0001) Surface by scanning tunneling microscopy

• Auteur / Autrice : Heejun Yang
• Direction : Gérald Dujardin, Young Kuk
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lois d'échelle (physique)

Carbure de silicium

Graphène

Mots clés libres

Echelle atomique

Electroluminescence

Résumé

Le carbure de silicium 6h-SiC (0001), un matériau à grand gap, est utilisé pour fabriquer du graphène épitaxié et étudier la luminescence de molécules de PTCDI. La croissance épitaxiale du graphène sur le carbure de silicium a plusieurs avantages par rapport à d’autres méthodes de préparation du graphène. Nous avons pu ainsi observer des bords de feuillets de graphène et étudier la diffusion d’électrons sur ces bords. Nous avons également utilisé la spectroscopie Z (V) pour étudier les différentes interfaces électroniques entre le graphène, la couche tampon de carbon-rich et substrat de SiC. Des mesures quantitatives des positions de ces interfaces ont pu être réalisées. La luminescence de molécules de PTCDI absorbées sur le SiC a été étudié par excitation électronique avec la pointe du STM. Les spectroscopies I (V) et I (Z) ont été utilisées pour explorer la structure électronique d’une molécule de PTCDI sur SiC et identifier l’origine de l’émission de lumière sous la pointe du STM. Enfin, la dynamique de piégage de charges a été étudiée dans des nano-particules diélectriques synthétisées par dépôt par plasma (PECVD) ou par dépôt laser (PLD). La dynamique des charges est expliquée par un modèle d’interaction Coulombienne en tenant compte des conditions aux limites des nano-particules. La charge piégée est estimée quantitativement à partir des mesures dynamiques. Ceci permet de comprendre les effets électrostatiques dans des nano-particules diélectriques.

6H-SiC (0001), a wide band gap material, is used to make graphene and study the luninescence property of PTCDI molecules. Among several methods to grow grapheme, epitaxial growth method on Sic is a UHV (Ultra High Vacuum) process and has many advantages in STM study of graphene. We could observe atomic arrangement of graphene edges ant its influence on electron scattering near those edges. This was possible because we made the clean grapheme in UHV STM chamber. Another interesting measurement was conducted to see the vertical structure of this epitaxial grapheme. Z-V spectroscopy enabled us to investigate the electronic interfaces of the epitaxial grapheme very precisely. Luminescence of a single molecule, PTCDI, was studied on SiC surface. Thin insulating layer has played an important role in this field, but we tried a new way by using wide band gap material. We expected that the molecular orbitals involved in the luminescence are located within the band gap and this would decouple the molecules from the substrate. Two spectroscopy methods, I-V, I-Z were used to quantitatively study the resulting electronic structure and their roles for the light emission. Trapped carrier dynamics was studied on dielectric nanodots grown by plasma enhanced chemical vapour deposition (PECVD) and on silicon oxide grown by pulsed laser deposition (PLD) on Si wafer. Carrier dynamics can be explained with a model based on Coulomb interaction with the boundary conditions of the nanodot structure. The trapped charge can be estimated quantitatively from the measured trap dynamics, elucidating the electrostatic effect in a small dielectric system.