CoRiGraph — Contacts et Rubans de Graphène

Un défi technologique majeur est trouver un matériau nouveau pour l’après CMOS de silicium. Le graphène possède les excellentes propriétés des nanotubes de carbone sans le problème de comment le placer sur la surface et de faire un nombre important de dispositifs sur la même puce. Le graphène épitaxial est, d’après l’industrie, le candidat le plus viable pour les nanodispositifs à haute vitesse et basse puissance. Les principaux challenges sont la résistance aux contacts, le maintien d'une mobilité élevée dans le graphène avec une porte supérieure (top-gate) et l’obtention du graphène avec des bords bien définis après le procédé lithographique pour obtenir le canal pour les fréquences élevées. Une autre voie presque inexplorée pour le graphène est celle de la nanoélectronique balistique. Il est connu que les nanotubes de carbone sont des conducteurs balistiques même à température ambiante. Les rubans de graphène ont des propriétés similaires et sont donc extrêmement intéressants pour des circuits « tout en graphène », car on croit qu’ils ont une meilleure mobilité et qu'ils peuvent supporter des densités de courant supérieures à celles du cuivre. Les rubans de graphène peuvent croître sur du graphène épitaxial par des techniques non-lithographiques sur les parois latérales de marches de SiC obtenues par gravure chimique (etching). Cette technique est adaptée à la fabrication massive, car 10 000 transistors ont déjà été réalisés sur le même chip. De plus, les mesures de transport sur ce type de rubans suggèrent que les bords sont bien définis car les effets du désordre (localisation, bande interdite de transport) ne sont pas observés. Ces rubans peuvent donc être une percée dans l’électronique à base de graphène, ouvrant la voie du transport balistique, des effets non-linéaires dans les jonctions balistiques et des nouvelles interconnexions uniquement à base de graphène. Ce type d’électronique ne peut pas être réalisée avec des semiconducteurs conventionnels. L’objectif principal de ce projet est donc d’étudier les rubans de graphène sur les parois latérales de SiC, et de les comparer avec des rubans obtenus par lithographie. Les contacts de métal sur graphène, d’importance primordiale pour la fabrication de dispositifs seront aussi abordés, avec le défi que presqu'aucun élément ne « mouille » le graphène. Ce projet étudiera la structure atomique des rubans sur les parois latérales, leur structure électronique globale et locale, leurs défauts et leur transport. Les interfaces métal/graphène, système modèle pour les contacts électriques seront aussi étudiées. Nous aborderons les questions ouvertes sur la structure électronique et atomique, avec un ensemble de techniques expérimentales (photoémission résolue en angle, microscopie/spectroscopie à effet tunnel, microscopie électronique à transmission) et des calculs (transport quantique) maitrisés dans le consortium.