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Theses

Développement de la croissance de graphène par CVD sur cobalt, analyses morphologique et structurale

Résumé : Le graphène, plan d'atomes de carbone agencés en nid d'abeille, possède des propriétés physico-chimiques remarquables, en particulier une excellente mobilité électronique, qui en font un matériau d'avenir pour de nombreuses applications. Si la synthèse par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) est une méthode prometteuse en vue d'une production de graphène de qualité à grande échelle, il reste difficile de contrôler les caractéristiques du graphène formé. L'objectif de ce travail expérimental est à la fois de développer la croissance de graphène par CVD à pression atmosphérique et température modérée (600°C à 900°C) sur un substrat de cobalt et d'analyser le graphène formé par des techniques d'analyse complémentaires afin de déterminer ses caractéristiques physico-chimiques et structurales.Une étude de l'influence de plusieurs paramètres de synthèse sur les caractéristiques du graphène formé (nombre de couches, taux de recouvrement, défauts et taille des domaines cristallins) a été réalisée. En utilisant des feuilles de cobalt commerciales et en travaillant à 850°C avec une forte vitesse de refroidissement et un apport faible en carbone, un film continu de graphène de trois couches a été obtenu. De plus, en étudiant la distribution des atomes de carbone dans le cobalt après synthèse, nous avons mis en évidence une concentration de carbone extrêmement élevée, environ 100 fois supérieure à la solubilité du carbone dans le cobalt à 850°C.L'influence du cobalt sur les caractéristiques structurales a été étudiée par diffraction des rayons X sur source synchrotron. Pour cela, du graphène a été synthétisé par CVD à pression atmosphérique sur des films minces de cobalt. L'étude structurale de ce système a révélé un empilement des feuillets de graphène de type graphite turbostratique et des domaines cristallins présentant deux orientations différentes par rapport au cobalt.L'étude du système graphène/cobalt est complétée par une analyse multi-techniques et localisée du graphène permettant d'analyser la même zone de graphène lorsqu'elle est sur cobalt puis sur SiO2, après transfert. La caractérisation est réalisée par microcopie et par spectroscopie Raman. L'influence du substrat de cobalt sur le graphène formé, notamment des contraintes mécaniques et du dopage électronique, est mise en évidence.Une étude de l'influence de plusieurs paramètres expérimentaux sur les caractéristiques du graphène formé (nombre de couches, taux de recouvrement, défauts et taille des domaines cristallins) a été réalisée. En utilisant des feuilles de cobalt commerciales et en travaillant à 850°C avec une forte vitesse de refroidissement et un apport faible en carbone, un film continu de graphène de trois couches a été obtenu. De plus, en étudiant la distribution des atomes de carbone dans le cobalt après synthèse, nous avons mis en évidence une concentration de carbone extrêmement élevée, environ 100 fois supérieure à la solubilité du carbone dans le cobalt à 850°C.L'influence du cobalt sur la croissance du graphène a été étudiée par diffraction des rayons X sur source synchrotron. Pour cela, du graphène a été synthétisé par CVD à pression atmosphérique sur des films minces de cobalt. L'étude structurale de ce système a révélé un empilement des feuillets de graphène de type graphite turbostratique. De plus, il a été montré que 95 % des domaines cristallins du graphène sont orientés à 20° ± 7° par rapport au cobalt tandis que 5 % des domaines est très bien orientée à 30° ± 0,6°.L'étude du système graphène/cobalt est complétée par une analyse multi-techniques et localisée du graphène permettant d'analyser la même zone de graphène lorsqu'elle est sur cobalt puis sur SiO2, après transfert. L'influence, notamment mécanique, du substrat de croissance sur le graphène formé est mise en évidence.
Document type :
Theses
Complete list of metadatas

https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01316232
Contributor : Abes Star :  Contact
Submitted on : Monday, May 16, 2016 - 1:02:15 AM
Last modification on : Friday, May 15, 2020 - 1:34:21 PM
Document(s) archivé(s) le : Friday, August 19, 2016 - 3:13:33 PM

File

70825_DUIGOU_2015_diffusion.pd...
Version validated by the jury (STAR)

Identifiers

  • HAL Id : tel-01316232, version 1

Citation

Olivier Duigou. Développement de la croissance de graphène par CVD sur cobalt, analyses morphologique et structurale. Matériaux. Université Paris-Saclay, 2015. Français. ⟨NNT : 2015SACLS101⟩. ⟨tel-01316232⟩

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