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Mahmood, Ather. Towards Graphene based mono-molecular electronics : structural and electrical characterization of side-gated devices

Mahmood, Ather (2009). Towards Graphene based mono-molecular electronics : structural and electrical characterization of side-gated devices.

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Résumé en francais

L'objectif de ce travail de thèse est la production et la caractérisation de monofeuillets de graphène, sa structuration à l'échelle sub-micrométrique et l'étude des propriétés électroniques des feuillets et nanorubans de graphène. Le graphène est un arrangement bidimensionnel hexagonal d'atomes de carbone hybridé sp2. Bien que le graphène soit pressenti depuis plusieurs années comme un matériau aux propriétés électroniques nouvelles lorsqu'il est structurés à l'échelle nanométrique, son étude a été longtemps différée par la difficulté à préparer et identifier ce matériau d'épaisseur atomique. En combinant plusieurs approches, nous montrons comment des feuillets d'une seule, quelques ou plusieurs couches peuvent être produits sur des substrats de Si/SiO2 avec ou sans structures d'accueil. La caractérisation par microscopies optique, électronique à balayage ou à champ proche ont permis de caractériser la morphologie et le nombre précis de couches. En outre, la spectroscopie Raman a permis de distinguer clairement la monocouche exfoliée isolée des empilements lâches de multicouches découplées obtenues par épitaxie. Des plots de 20µm de diamètre ont été manipulé et amincis in-situ par exfoliation jusqu'à produire des dépôts <10 nm d'épaisseur entre des électrodes métalliques pré-définies. La lithographie par Faisceaux d'Ions Focalisé (FIB) a permis, à la fois, de déposer des contacts métalliques sur les disques de graphène multicouche mais aussi de les structurer en rubans de 2 µm de long et 80 - 250 nm de large avec grilles latérales en graphène. Le transport à basse température et sous effet de champ a été caractérisé et modélisé. Il met en évidence l'existence d'une chaine de points quantiques séparés par des barrières tunnel qui est également vu dans la plupart des nanorubans de graphène étudiés à l'heure actuel. Enfin, nous avons étudié par microscopoie à force électrostatique la délocalisation bidimensionelle des charges résiduelles ou injectées dans des petits domaines de graphène monocouche La variation de la densité surfacique de charges induite en fonction du nombre de couches est interprétée par un modèle capacitif simple. Cette approche est appliquée au cas de nanorubans de graphène monocouche avec grilles latérales en complément des études en cryotransport précédentes.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Joachim, Christian
Dujardin, Erik
Ecole doctorale:Sciences de la matière (SdM)
laboratoire/Unité de recherche :Centre d'Elaboration de Matériaux et d'Etudes Structurales (CEMES), UPR 8011
Mots-clés libres :Graphène - Microscope à force électrostatique - Cryotransport - Blocage de coulomb
Sujets :Sciences des matériaux
Déposé le :02 Apr 2010 16:16