Croissance épitaxiale de SiC dopé vanadium pour la réalisation de composants en graphène avec grille arrière – VanaSiC

Le projet VanaSiC vise trois objectifs complémentaires : (i) le développement de la croissance de carbure de silicium dopé vanadium (SiC:V) sur des substrats de SiC on-axis, (ii) la croissance de graphène avec une interface hydrogénée sur des grilles enterrées épitaxiales en SiC:V, et (iii) le développement de deux types de dispositifs à base de graphène exploitant cette technologie.
Le dopage vanadium (i) est une technologie clé pour compenser le dopage résiduel dans les couches épitaxiales de SiC et faire croître des films de haute résistivité pouvant trouver de nombreuses applications en électronique ainsi que dans les technologies quantiques. Dans ce projet, des couches de SiC:V à haute résistivité épitaxiées sur des substrats on-axis dopés seront utilisées comme diélectrique de grille enterrée sur lesquelles seront épitaxiés des films de graphène (monocouche ou bicouche) avec une interface hydrogénée (ii). Cette structure permettra de contrôler finement la densité de porteurs de charge dans le graphène autour du point de neutralité, ce qui est actuellement obtenu par un dopage chimique peu stable dans le temps. L'intérêt applicatif du SiC:V sera démontré par l'intégration de grilles enterrées épitaxiales dans deux types de dispositifs à base de graphène (iii) : un étalon de résistance à effet Hall quantique (QHRS) intégrant une monocouche de graphène, et un transistor à effet de champ en graphène (GraFET) intégrant une bicouche de graphène et qui sera utilisé comme dispositif de détection d’ondes Térahertz.
Pour atteindre ses objectifs, le projet VanaSiC réunit 4 laboratoires et une entreprise avec des expertises et des moyens expérimentaux complémentaires. NOVASiC (PME) réalisera les croissances de SiC, le Centre de Recherche sur l'Hétéroépitaxie et ses Applications (CRHEA, Sophia-Antipolis) et le Laboratoire Charles Coulomb (L2C, Montpellier) feront croître le graphène en utilisant respectivement la CVD propane/hydrogène et la sublimation de silicium. NOVASiC, le CRHEA et le L2C effectueront également des caractérisations détaillées des films de graphène et de SiC. Les dispositifs QHRS et les détecteurs THz seront fabriqués par le Centre de Nanoscience et de Nanotechnologie (C2N, Palaiseau), et caractérisés par le Laboratoire national de métrologie et d'essais (LNE, Trappes pour les QHRS) et par le L2C (pour les dispositifs THz).
De nombreux résultats sont attendus pour ce projet de recherche collaboratif impliquant une entreprise (PRCE). Une fois démontrées leurs possibles applications en électronique, les couches de SiC dopées vanadium constitueront un nouveau produit pour la PME NOVASiC. Les QHRS intégrant une grille épitaxiale et fonctionnant dans des conditions relaxées pourront servir de base au développement de nouveaux outils métrologiques pour le LNE, un institut public offrant des services d'étalonnage à l'industrie, et à plus long terme, les détecteurs THz en graphène pourraient remplacer les détecteurs actuels. Plus généralement, un fort impact scientifique est attendu grâce aux publications en accès libre issues du projet et portant sur la croissance et les propriétés électroniques du SiC et du graphène, sur la physique des dispositifs en graphène en général, et enfin sur les applications de détection THz et de métrologie. L'impact du projet sera encore renforcé par la présentation de séminaires en ligne à un public ciblé de laboratoires et d'entreprises susceptibles d’être intéressés par les résultats du projet VanaSiC afin de développer de nouvelles connaissances et de nouveaux produits.