Le graphène monocouche est principalement produit par un processus connu sous le nom de dépôt chimique en phase vapeur (CVD).
Cette méthode implique le dépôt contrôlé d'atomes de carbone sur un substrat, généralement une feuille de cuivre, dans des conditions spécifiques de température, de débit de gaz et de pression.
Le processus est minutieusement réglementé afin de garantir la formation d'une monocouche uniforme de graphène présentant un minimum de défauts.
Les 5 étapes clés expliquées
1. Configuration du procédé CVD
Le procédé CVD pour la synthèse du graphène utilise généralement du méthane (CH4) et de l'hydrogène (H2) comme sources de gaz.
Ces gaz sont introduits dans un réacteur CVD où une feuille de cuivre sert de substrat.
Le cuivre est choisi parce qu'il présente une solubilité élevée pour le carbone, ce qui favorise la formation du graphène.
2. Contrôle de la température et du débit de gaz
La température à l'intérieur du réacteur est soigneusement contrôlée et se situe souvent entre 900 et 1000 degrés Celsius.
Cette température élevée facilite la dissociation du méthane en atomes de carbone et d'hydrogène.
L'hydrogène agit comme un agent réducteur, tandis que les atomes de carbone se déposent sur la surface du cuivre.
Les débits de gaz sont également cruciaux, car ils influencent la vitesse de dépôt du carbone et la qualité du graphène formé.
3. Formation du graphène
Lorsque les atomes de carbone se déposent sur le cuivre, ils s'arrangent pour former une structure hexagonale en treillis caractéristique du graphène.
Le processus est contrôlé afin de garantir la formation d'une seule couche de graphène.
Pour ce faire, on optimise la vitesse de refroidissement et l'ensemble des paramètres du processus afin d'empêcher la formation de couches supplémentaires.
4. Élimination sélective du graphène multicouche
Pour garantir la pureté du graphène monocouche, des techniques telles que l'utilisation d'une feuille de tungstène (W) absorbant le carbone et enfermée dans une feuille de cuivre sont employées.
Cette méthode permet d'éliminer sélectivement le graphène bicouche ou tricouche, en laissant intact le graphène monocouche.
5. Transfert sur les substrats souhaités
Une fois le graphène cultivé, il est souvent nécessaire de le transférer sur d'autres substrats pour diverses applications.
Ce processus de transfert doit être effectué avec soin pour éviter d'introduire des défauts ou des contaminants.
Des techniques telles que le transfert de substrat dissous ou le transfert de substrat séparé sont utilisées, en fonction des exigences de l'application.
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