Titre: Modification de films de graphène dans la post-décharge en flux de plasmas micro-ondes d’azote à pression réduite
Candidat: Germain Robert-Bigras
Groupe: Luc Stafford
Soutenance en vidéoconférence Zoom:
Lien Zoom: https://umontreal.zoom.us/j/5613659082
Meeting ID: 561 365 9082
Lorsque demandé: Germain
Les travaux de recherche réalisés dans le cadre de cette thèse de doctorat avaient pour objectif principal de jeter les bases physiques et chimiques de la modification post-croissance de films de graphène dans la post-décharge en flux de plasmas micro-ondes d’azote à pression réduite.
La post-décharge en flux d’azote a été montrée très versatile pour le traitement post-croissance du graphène. La nature des dommages et des incorporations s’est révélée fortement dépendante de la position des traitements dans la post-décharge. L’incorporation d’azote et la production de dommages augmentent de façon monotone pour les traitements dans la post-décharge lointaine. Toutefois, la majorité de l’incorporation est associée à la fonctionnarisation de contaminants d’hydrocarbure en surface issus de l’exposition à l’air ambiant. L’incorporation dans la structure du graphène est limitée par les défauts de surface. Les traitements dans la post-décharge proche engendrent beaucoup plus d’incorporations et de désordres. L’apport supérieur d’énergie à la surface engendre ultimement l’amorphisation du graphène par la formation d’un complexe amorphe graphène-hydrocarbure en surface.
Des méthodes de traitement de données pour un nouveau montage (RIMA, Raman IMAger par Photon ETC.) ont permis de s’affranchir des contraintes imposées par les méthodes de caractérisation de spectroscopie Raman conventionnelles (confocal ex : inVia Renisha). L’acquisition de 105 à 106 spectres sur une région de 130 μm x 130 μm permet de cartographier le comportement de certaines bandes Raman avec une résolution de 130 nm et d’identifier différents processus ayant lieu au niveau d’inhomogénéités. Le découplage optique Raman de tensions de surface et de dopages dans différentes régions du graphène permet de mettre de l’avant un mécanisme de ségrégation de dopants dans les domaines de croissance du graphène. La migration préférentielle d’adatomes de carbone aux joints de grains et l’émission de ceux-ci pour l’auto-réparation de lacunes est au cœur du mécanisme.
Pour un ensemble de conditions expérimentales choisies, la comparaison des fluences d’espèces actives avec le degré de désordre du graphène a permis d’identifier deux mécanismes principaux dans la formation de défauts dans la post-décharge lointaine. En effet, on trouve que la recombinaison en surface d’azote atomique et la désexcitation de niveaux métastables de l’azote moléculaire altèrent substantiellement l’état du graphène alors que la désexcitation de molécules d’azote de hauts vibrationnel ne contribue pas à la formation de désordres. Un mécanisme d’incorporation des atomes d’azote est proposé et le rôle des traces d’espèces oxydantes dans la post-décharge sur l’incorporation et la formation de do
