La réalisation des composants à base de graphène épitaxié repose sur des pro-cessus de lithographie. Nous retrouvons deux types de lithographie largement utili-sées : la lithographie optique et la lithographie électronique. La lithographie optique consiste à reporter sur un échantillon, par des moyens optiques, des motifs géomé-triques initialement dessinés sur un masque physique. Ceci se fait par la projection de l'ombre du masque sur une résine photo-sensible déposée à la surface de l'échantillon en utilisant une lampe UV. Par opposition, la lithographie électronique consiste à insoler par un faisceau d'électrons focalisé des zones de la résine électro-sensible déposée à la surface de l'échantillon. Cette méthode ne nécessite pas l'utilisation d'un masque physique. La lithographie optique permet d'obtenir des motifs de taille comprise entre 1 µm et 1 mm, tandis que la lithographie électronique permet d'ob-tenir des motifs plus n, de 10 à 20 nm.
Dans le but de réaliser la lithographie optique dans notre salle blanche, j'ai conçu plusieurs masques en utilisant le logiciel Clewin pour obtenir des dispositifs utilisables et mesurables en transport électrique. Ces masques sont actuellement utilisés pour réaliser des dispositifs à base de graphène, essentiellement sur le gra-phène obtenu à Montpellier. L'un de ces masques est présenté sur la gure 2.3. Il contient essentiellement des motifs de barres de Hall de diérentes tailles et orienta-tions ( g. 2.3(a)) et contient aussi des motifs de grilles supérieures et de diélectrique
Figure 2.3 Vue générale de l'un des masques réalisés. (a) Les motifs de barre de Hall (gravure), les marques d'alignement et les contacts sont superposés. (b) Les motifs correspondant aux grilles métalliques et à leur diélectrique sont également superposés.
( g. 2.3(b)). Les autres masques réalisés incluent des motifs du type TLM (Trans-mission line measurement) pour mesurer la résistance de contact et du type de van der Pauw.
Dans ce qui suit, nous allons détailler certaines des étapes de fabrication utilisées pour obtenir des composants à base de graphène.
Insolation et développement
L'insolation est l'opération de base qui permet de réaliser diérentes manipula-tions comme la gravure, la métallisation a n d'arriver aux dispositifs. Cette opé-ration nécessite plusieurs étapes. La première étape consiste à déposer une résine photo-sensible d'une manière uniforme à la surface de l'échantillon par enduction centrifuge. Cette étape est suivie d'un recuit qui induit la polymérisation de la ma-trice et l'élimination d'une partie du solvant. L'étape suivante est de dé nir les motifs qui vont rester à la n, et ce en eectuant une insolation. Pour réaliser cette étape, le masque est tout d'abord aligné entre la source de radiation lumineuse et la résine. Ensuite, des zones de la résine sont exposées aux rayonnements UV à travers le masque où les photons réagissent avec ces zones et modi ent ainsi leurs propriétés physico-chimiques comme la solubilité. Puis, l'échantillon est mis dans une solution liquide appelée le développeur . Suivant la catégorie de résine, positive ou néga-tive, le développeur élimine les zones exposées aux rayonnements (résine positive), ou au contraire, il élimine les zones qui n'ont pas été exposées aux rayonnements (résine négative), voir gure 2.4.
Gravure
A n d'obtenir la forme du graphène désirée, l'échantillon est soumis à un traite-ment de gravure plasma. Ce processus nécessite plusieurs étapes :
Déposition d'une couche de résine photosensible sur le substrat suivi d'un recuit pour éliminer une partie du solvant.
Exposition des zones de la résine aux rayonnements UV (insolation) à l'aide du masque. Cette étape permet de dé nir la forme de la structure désirée (les motifs).
Développement des motifs dans une solution liquide.
Traitement de l'échantillon par plasma. Ce traitement permet d'éliminer les zones de l'échantillon non protégées par la résine. Nous notons que la résine est également soumise au traitement, elle doit donc résister au traitement pour protéger le graphène pendant toute la gravure.
Élimination de la couche de protection en plongeant l'échantillon dans un solvant. Cette étape est appelée lift-o .
Figure 2.4 Illustration d'un processus de lithographie : dépôt de résine, insolation à travers un masque, et développement. La résine déposée peut ensuite servir à la gravure du graphène, ou à la dé nition de contacts métalliques.
Figure 2.5 Processus de métallisation. Dépôt de résine, insolation, développe-ment, métallisation et en n lift-o.
Métallisation
La déposition de couches métalliques minces se fait dans un bâti d'évaporation par eet Joule. Le processus de déposition nécessite plusieurs étapes illustrées sur la gure 2.5 :
Déposition d'une couche de résine positive sur l'échantillon suivi d'une expo-sition de ce dernier aux rayonnements UV. Cette étape permet d'éliminer les zones désirées et permet aussi de protéger les autres zones.
Déposition de la couche métallique sur tout l'échantillon, et donc le dépôt métallique couvre les zones sans et avec résine.
Élimination de la résine avec la couche de métal qu'elle supporte. Ceci se fait en plongeant l'échantillon dans l'acétone suivi par un rinçage dans l'isopropanol et un séchage dans l'azote.
Figure 2.6 Image AFM d'une monocouche de graphène obtenue à T = 1750 ◦C sous une atmosphère d'argon de pression 10 mbar. (a) Image de la surface avec un pro l correspondant. b) Image de phase.
Figure 2.7 Image AFM d'une monocouche de graphène obtenue à T = 2000◦C sous une atmosphère d'argon de pression 1 atm.