Síntesis de grafeno sobre sustratos dieléctricos mediante deposición química en fase vapor asistida por plasma

Resumen

Como se muestra a lo largo de esta memoria, mediante la técnica de plasma ECR‐CVD se ha conseguido depositar grafeno directamente sobre sustratos de óxido de silicio (SiOx) ‐ sílice fundida, cuarzo monocristalino y óxido de silicio nativo sobre oblea de Si‐ a una temperatura moderadamente baja (<700ºC) y en un tiempo similar al proceso catalítico completo incluyendo la transferencia. Se ha estudiado la influencia de los diferentes parámetros de síntesis en la morfología, estructura y composición del grafeno depositado y en la estabilidad del sustrato en diferentes etapas del proceso de crecimiento mediante técnicas de caracterización avanzada como AFM, XPS y Raman Confocal. Los resultados muestran que las películas de grafeno crecidas tienen unas propiedades y estructura apropiadas para diferentes aplicaciones, a pesar de que el tamaño de grano ‐dominio‐ es cercano a una micra. Se ha caracterizado el comportamiento eléctrico de las capas de grafeno continuas depositadas mediante sonda de cuatro puntas y el comportamiento óptico mediante espectroscopía UV‐Vis‐ IR. En el caso de la sílice se han depositado capas con una resistencia de hoja de 2000 Ω∙sq‐1 y una transmitancia del 95%. En el caso del cuarzo, con el proceso más optimizado, se ha llegado a los 900 Ω∙sq‐1 manteniendo la transmitancia, siendo a nuestro conocimiento uno de los resultados más notables publicados hasta el momento. Finalmente, en la oblea de Si con óxido nativo se ha llegado a depositar grafeno multicapa con una resistencia de hoja de 1800 Ω∙sq‐1. Se ha constatado que las limitaciones y retos actuales del proceso son principalmente dos; la baja velocidad de crecimiento y la ausencia de carácter autolimitante. La baja velocidad limita el tamaño de dominio de las películas, si se quiere depositar en un tiempo prudencial una capa continua. La ausencia del carácter autolimitante, hace referencia a la continuidad del proceso de deposición incluso con el sustrato ya cubierto. En contraposición, en un proceso catalítico el depósito se detiene al cubrir el metal. Así mismo, se ha detectado un cierto grado de reactividad química de los precursores gaseosos con los sustratos, modificándose su estructura superficial en la intercara con el grafeno depositado, aunque no se ha constatado de forma analítica que esto sea una limitación.