Une étude identifie une nouvelle technique de synthèse pour obtenir du SiC monocouche en nid d'abeille

Article du 13 mars 2023

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par Ingrid Fadelli, Phys.org

Le carbure de silicium (SiC) est un composé cristallin dur de silicium et de carbone rarement présent dans la nature et généralement produit par synthèse. En plus d'être utilisé pour créer des plaques de céramique, des gilets pare-balles et d'autres produits commerciaux, le SiC est un semi-conducteur, un matériau qui possède une conductivité électrique modérée, comprise entre celle des conducteurs et celle des isolants.

Les physiciens et les spécialistes des matériaux étudient les propriétés de ce semi-conducteur depuis des décennies. Comme d'autres matériaux, le SiC peut exister sous différentes formes physiques (c'est-à-dire allotropes), et son allotrope 2D est jusqu'à présent resté insaisissable et principalement hypothétique.

Selon les prédictions théoriques, l'allotrope 2D de ce semi-conducteur aurait une large bande interdite directe de 2,5 eV et une grande versabilité chimique, et serait stable dans les conditions ambiantes. Jusqu’à présent, cependant, cela n’a pas été vérifié empiriquement, car les études existantes n’ont signalé que des nanoflacons désordonnés de SiC 2D.

Des chercheurs de l’Université de Lund, de l’Université de technologie Chalmers et de l’Université de Linköping ont récemment réussi à synthétiser du SiC en nid d’abeille monocristallin épitaxial monocristallin sur des films ultrafins de carbure de métal de transition placés sur des substrats SiC. Leur article, publié dans Physical Review Letters, présente une technique prometteuse pour la synthèse ascendante et sur une grande surface de l'allotrope insaisissable de SiC.

"Nos collaborateurs souhaitent étudier des films minces de carbure de métal de transition sur des substrats SiC", a déclaré Craig Polley, l'un des chercheurs qui ont mené l'étude, à Phys.org. "On savait déjà que le graphène pouvait être cultivé "à travers" des couches de SiC, et l'espoir était de le faire et de créer une couche d'encapsulation de graphène sur les films de carbure métallique. Par conséquent, le point initial dans lequel nous nous sommes impliqués était d'étudier les propriétés. de cette couche de graphène développée.

Initialement, Polley et ses collègues tentaient d'étudier les propriétés d'une couche d'encapsulation de graphène formée sur des films de carbure métallique. Cependant, en tentant de caractériser les propriétés de cette couche à l’aide d’une technique connue sous le nom d’ARPES (spectroscopie de photoémission résolue en angle), ils ont observé des spectres très frappants et fascinants qui ne ressemblaient pas à ceux observés dans le graphène.

"Il s'est finalement avéré qu'il n'y avait pas de graphène dans les échantillons", a déclaré Polley.

"Il a fallu beaucoup de mesures et de calculs avant de pouvoir identifier cette surface mystérieuse, et nous avons été agréablement surpris lorsqu'il s'est avéré qu'il s'agissait de SiC en nid d'abeille, car cela n'a jamais été notre plan !"

Polley et ses collègues n'ont pas encore compris tous les détails du processus qui sous-tend la croissance réussie du SiC monocouche en nid d'abeille. Néanmoins, ils ont pu identifier une technique permettant sa synthèse.

Essentiellement, cette technique consiste à placer un mince film de carbure de métal de transition sur un substrat SiC. Lorsque cet empilement de matériaux est recuit à des températures suffisamment élevées, le SiC se décompose, tandis que le carbure métallique reste intact et les atomes de Si et de C migrent vers la surface.

"Si vous recuit suffisamment chaud, le Si part et le C recristallise en graphène. Il s'agit d'une technique bien connue pour faire croître des couches de graphène de haute qualité sur du SiC ordinaire", a expliqué Polley. "Mais pour les bonnes conditions de recuit, il s'avère que Si et C non seulement restent à la surface, mais recristallisent en SiC en nid d'abeille. Jusqu'à présent, il n'existait aucune méthode connue pour créer du SiC en nid d'abeille monocristallin de grande surface, nous avons donc été surpris que cela ça marche du tout!"