Electrostatic deposition of graphene for use in photo-conductive switch

Trudeau, Charles (2015). Electrostatic deposition of graphene for use in photo-conductive switch. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

Prévisualisation	PDF Télécharger (7MB) | Prévisualisation
Prévisualisation	PDF Télécharger (1MB) | Prévisualisation

Résumé

Graphene, a material made up from a single atomic layer of honeycomb structured sp2 bonded carbon atoms, has been gaining interest in the last decade for its integration in optoelectronic devices in a wide range of fields. Many methods of graphene growth and deposition have been developed over the years. These methods range from high cost and high quality of deposited graphene to low cost and low quality of deposited graphene, depending on the applications wanted. An overview and comparison of these methods is presented in this work. More focus is placed on one such deposition method; the electrostatic deposition of graphene. This work aims to show the possibility to deposit micro graphene sheet arrays directly for the use in optoelectronic device active layers, such as bolometers and photoconductive switches. Improvements to the current technologies involving deposition of graphene using electrostatic forces have been investigated, more precisely, improvements to the control of the shape, size and position of the deposited graphene. These improvements are realised primarily via surface etching of the graphitic material used for deposition by pulsed UV Laser radiation. Etching of the graphitic material is performed to limit and therefore control the size of the deposited graphene. Patterning of the deposition substrate is also explored as a method of modifying local electric field strengths, moreover the possibility of direct deposition of graphene onto pattern SiO2 substrate to create suspended membranes is explored. However, deposition of graphene onto un-patterned SiO2 substrate are the main deposition results presented in this work. The optoelectronic properties of the deposited graphene were studied. More precisely, the deposited graphene is shown to have a direct electrical response to incident light of multiple wavelengths, thus making it suitable for photoconductive switch devices. The calorimetric properties of the deposited graphene were also studied, these results, however, were less conclusive, casting doubt on the effectiveness of graphene as a bolometer active layer. Improvements to the homogeneity of the cleaving process used in the electrostatic deposition of graphene were performed and are shown to lead to large scale graphene depositions, previously only thought to be achievable with more costly methods of graphene growth. A simple and accurate method of characterising the number of graphene layers present in the deposition is developed using the center of a single fitted gaussian curve on the 2D graphene Raman peak.

Titre traduit

Dépôt électrostatique de graphène pour l'intégration dans des interrupteurs photoconducteurs

Résumé traduit

Le graphène, un matériau constitué d'une seule couche atomique de carbone sp2 structurée en nid d'abeilles, attire beaucoup d'intérêt dans la dernière décennie pour son intégration dans des dispositifs optoélectroniques dans un large éventail de domaines. De nombreuses méthodes de croissance et dépôt de graphène ont été développés au fil des ans. Ces méthodes vont de coût élevé et de haute qualité du graphène déposé à des méthodes à faible coût et faible qualité du graphène déposé, selon les applications voulues. Une vue d'ensemble et une comparaison de ces méthodes est présentée dans ce travail. Un accent est mis sur un tel procédé de dépôt: le dépôt électrostatique de graphène. Ce travail vise à montrer la possibilité de déposer des matrices de feuille de graphène directement pour l'utilisation comme couches actives pour des dispositifs optoélectroniques tels que les interrupteurs photoconducteurs et les bolomètres. Des améliorations aux technologies actuelles impliquant le dépôt de graphène par force électrostatique sont présentées, plus précisément, sur le contrôle de la forme, la taille et la position de la déposition. Ces améliorations sur le contrôle du graphène déposé sont réalisées principalement par une gravure de la surface du matériau graphitique utilisé pour le dépôt par laser pulsé de rayonnement UV. La gravure du matériau graphitique est effectuée pour limiter et donc contrôler la taille du graphène déposé. Une gravure du substrat de déposition est également explorée comme un procédé de modification des intensités du champ électrique locale, outre la possibilité de dépôt direct du graphène sur un substrat de SiO2 engravé pour créer des membranes en suspension est exploré. Cependant, le dépôt de graphène sur un substrat de SiO2 non-modifié sont les principaux résultats de dépôt présentées dans ce travaille. Les propriétés optoélectroniques du graphène déposé ont été étudiés. Plus précisément, le graphène déposé a une réponse électrique directe à la lumière incidente de plusieurs longueurs d'onde, ce qui le rend convenable a l'utilisation pour des couches actives d'interrupteur photoconducteur. Les propriétés colorimétriques du graphène déposé ont également été étudiés, ces résultats, cependant, étaient moins concluants, jetant un doute sur l'efficacité du graphène comme couche active de bolomètres. Les améliorations apportées à l'homogénéité du processus de clivage utilisé dans le dépôt électrostatique du graphène peuvent conduire à des dépôts à grande échelle. Auparavant, les dépôts a grande échelle étaient uniquement réalisables avec des méthodes plus coûteuses de croissance de graphène. Un procédé simple et précis de la caractérisation du nombre de couches de graphène présents dans les dépôts a été mis au point. Cette méthode est réalisée à partir du centre d'une régression gaussienne sur la pic Raman 2D du graphène.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the requirements for a master's degree with thesis in electrical engineering". Bibliographie : pages 93-98.
Mots-clés libres:	Graphène Propriétés optiques. Graphène Propriétés électriques. Dispositifs optoélectroniques. Photoconductivité. Bolomètres. dépot, électrostatique, interrupteur, photoconducteur, spectroscopie Raman
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Cloutier, Sylvain G.
Codirecteur:	Codirecteur Zednik, Ricardo
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt:	27 nov. 2015 16:33
Dernière modification:	10 déc. 2016 17:05
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1562

Gestion Actions (Identification requise)

Dernière vérification avant le dépôt