Heterostructures d'epigraphène pour une nouvelle électronique – Epinel

Un comportement semiconducteur à très haute mobilité électronique - dépassant la mobilité du silicium d'un facteur dix– vient d’être découvert dans l’épigraphène sur carbure de silicium sur des terrasses macroscopiques de carbure de silicium (SiC). Cette nouvelle plateforme électronique bi-dimensionnelle est entièrement compatible avec les processus actuels de microélectroniques. Cet épigraphène semiconducteur (SEG) permet de dépasser la limitation intrinsèque du graphène (absence de bande interdite) et offre la possibilité d’exploiter de façon viable les qualités promises des semi-conducteurs 2D pour la nanoélectronique : transistors tunnel à effet de champ (TFET) de très basse consommation, fonctionnement aux fréquences THz, miniaturisation des dispositifs et dopage électrostatique par grille avant.
L'une des caractéristiques uniques du SEG est la possibilité d’y intercaler une large gamme de matériaux – molécules, métaux ou semi-conducteurs - pour créer de nouveaux systèmes 2D stables à l'air permettant une nouvelle ingénierie d’hétérostructures. Par exemple, l'intercalation d'hydrogène transforme le semiconducteur SEG en graphène standard (quasi-suspendu), tandis qu’une intercalation d'or conduit à un semi-conducteur 2D.
Ce projet vise à développer des TFET à base de SEG avec canal court et pente sous le seuil inférieure à 60 mV/décade, à évaluer leurs performances, notamment en utilisant le l’épigraphène quasi-suspendu (SEG intercalé à l'hydrogène) comme interconnexion continue avec le SEG. Les hétérostructures SEG/intercalant/SiC seront aussi étudiées, en commençant par l'hydrogène. L’épigraphène quasi-suspendu présente en effet une conduction balistique sur des dizaines de microns dans les états de bord, dont la nature est encore mal comprise. Des mesures de cohérence à basse température permettront de sonder la nature de ces états qui pourraient ouvrir la voie à des développements en électronique cohérente. Enfin, l’intercalation de SEG par des métaux sera explorée pour des contacts de graphène stables à l'air et de faible résistance et plus encore pour l'étude de nouvelles propriétés bidimensionnelles, y compris des effets de moiré et des phénomènes d'interface non conventionnels.