Physical and electrical characterization of CVD graphene devices : towards large scale and flexible graphene electronics

par Joanna Njeim

Thèse de doctorat en Sciences de l'ingénierie

Sous la direction de Zhuoxiang Ren et de David Brunel.

Le président du jury était Stéphane Holé.

Le jury était composé de Arianna Filoramo, Emiliano Pallecchi.

Les rapporteurs étaient Nedjma Bendiab, Costel-Sorin Cojocaru.

  • Titre traduit

    Caractérisation physique et électrique de dispositifs à base de graphène CVD : vers l'électronique flexible à base de graphène à grande échelle


  • Résumé

    Depuis une dizaine d'années, le graphène s'est rapidement révélé être un matériau très prometteur dans le domaine de l'électronique flexible et communicante. Dans cette optique, la technique de dépôt chimique en phase vapeur a permis la synthèse de graphène sur de grandes surfaces, rendant ainsi possible la commercialisation de dispositifs à base de graphène. Cependant, les procédés de fabrication ne sont pas tous clairement acquis à chaque étape afin de relever les défis les plus fondamentaux dans ce domaine. Dans ce travail de thèse, une caractérisation chimique et structurelle a été réalisée étape par étape afin d'étudier les propriétés du graphène CVD, et les étapes les plus importantes ont été abordées afin d'ouvrir la voie à des dispositifs RF flexibles à base de graphène sur du parylène. Nous avons constaté que les techniques classiques permettant l'obtention de grandes surfaces doivent encore fournir des propriétés d'homogénéité sur le même feuillet. Cela met en évidence la nécessité d'encapsuler le graphène. Le parylène C a été étudié comme substrat potentiel pour les dispositifs à base de graphène et des dispositifs RF a des longueurs de grille inférieures à 60 nm ont été fabriquées, ce qui montre que la combinaison parylène/graphène pourrait constituer une solution très propice à l'obtention de dispositifs avec des performances reproductibles.


  • Résumé

    Throughout these few years, graphene has been rapidly proven to be a very promising material in the field of flexible and communicating electronics. Moreover, the chemical vapor deposition technique has allowed the synthesis of large-scale graphene, making the commercialization of graphene-based devices possible. Nevertheless, the fabrication process has not quite been understood at every step in order to overcome the most fundamental challenges in this field. In this work, a step-by-step structural and chemical characterization has been performed to study the properties of CVD-grown graphene, and the most crucial steps have been tackled in order to pave the way for flexible RF graphene-based devices on parylene substrates. We have found that the common large-scale techniques have yet to yield homogeneous graphene properties on the same sheet which results in wafer-scale graphene-devices with different performances. This highlights the need to encapsulate graphene. Parylene C was studied as a potential substrate for graphene devices, and sub-60 nm gate lengths RF devices have been fabricated, showing that the parylene-graphene combination could indeed be a very propitious solution to obtaining reproducible device performance.


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