Diamond and Carbon Materials
Cette opération de recherche étudie la synthèse par plasma de diamant, de nanotubes de carbone, de graphène et, en collaboration avec l’OR IPS-MP, de nitrure de bore hexagonal (h-BN).
Afin de contrôler et optimiser les propriétés des matériaux élaborés en vue d’applications spécifiques, les activités de l’opération de recherche concernent :
- Le développement de procédés de synthèse innovants
- L’étude et l’optimisation des mécanismes de croissance
- Le diagnostics expérimentaux et modélisation des écoulements réactifs
- La micro-structuration des substrats et des dépôts en salle blanche
- La valorisation des matériaux à travers diverses applications
La synthèse de diamant est effectuée par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma micro-onde (MPACVD) [1]. Cette technique permet la croissance de cristaux monocristallins incluant des centres luminescents (tels que les centres NV [2]), manipulables et adressables optiquement pour les technologies quantiques et dopés au bore [3] pour l’électronique de puissance. Des stratégies de croissance permettant l’élargir la taille des films et de réduire les défauts structuraux tels que les dislocations, ainsi que des procédés de structuration du diamant par gravure plasma [4], sont développées. L’étude de la croissance MPACVD de diamant nanocristallin à basse température et sur de grandes surfaces est également menée pour des applications capteurs et biomédicales.
Les nanotubes de carbone et le graphène sont quant à eux synthétisés par MPACVD, décharges d’arc électrique ou chauffage inductif en présence de catalyseurs [5]. L’élaboration d’autres matériaux 2D tels que les dichalcogénures de métaux de transition est également à l’étude. Les applications des nanotubes, du graphène et des hétérostructures de van der Waals de matériaux 2D en spintronique font l’objet d’une collaboration avec l’OR Magnétisme.
Des films de h-BN pour des applications en électronique et optoélectronique sont également élaborés par micro-décharges à cathodes creuses ce qui permet de réduire la température de dépôt.
Collaborations
IRCP, LAC, L2C, Thales TRT, CEA Saclay, GEMaC, INL, Institut NEEL, Institut Jean Lamour, LAAS, LPGP, Wainvam-e, Department for Applied Quantum Systems – Leipzig University, INP Greifswald, Institute for Quantum Optics – ULM University, GDR HoWDi: « Hétérostructures de van der Waals de matériaux de basse Dimensionnalité »
Références
- A. Tallaire et al, Comptes Rendus Physique, 14(2-3), 169-184 (2013).
- J. Achard et al, J. Phys. D: Appl. Phys. 53 313001 (2020)
- R. Issaoui et al, Appl. Phys. Lett. 97, 182101 (2010)
- H.A. Mehedi, et al, Physica Status Solidi (a), 211(10), 2343-2346 (2014).
- K Pashova et al, Plasma Sources Sci. Technol. 28, 045001 (2019)
