Fabrication et caractérisation de nano-rubans de graphène par gravure électronique directe

Le graphene est l'un des candidats les plus prometteurs pour la fabrication des futurs dispositifs electroniques. Ses remarquables proprietes electroniques decoulent de sa structure atomique et sont caracterises par un gaz bidimensionnel d'electrons a l'echelle macroscopique et des etats moleculaires a l'echelle nanometrique. Cette these a pour but de structurer le graphene sur une large gamme d'echelle de longueurs pour produire des nano rubans de graphene (GNR) connectes a des electrodes de graphene. Les trois principaux objectifs sont (i) produire, contacter et structurer des GNR jusqu'a une largeur de 10 nm et une longueur de plusieurs centaines de nanometres, (ii) planifier toutes les etapes de ce processus tout en minimisant la contamination pour obtenir, a terme, des echantillons compatibles avec l'ultravide et (iii) graver des GNRs tout en preservant la qualite cristallographique du graphene et minimisant son amorphisation. La premiere partie est dediee a la caracterisation du graphene monocouche par des analyses topographiques AFM et spectroscopiques Raman. Nous montrons que ces techniques sont limitees, l'une, par une faible reproductibilite de la mesure de la hauteur apparente et l'autre, par une faible sensibilite aux defauts peu denses. Cependant, l'origine de l'instabilite de la mesure AFM a ete identifiee comme resultant de la presence d'un menisque d'eau. Des conditions de fonctionnement stable ont ete trouvees et conduisent a des mesures de hauteur apparente reproductibles. Pour augmenter le signal Raman du aux defauts dans le graphene, nous avons suivi l'evolution de l'intensite du signal dans le voisinage de nano-bâtonnets d'or cristallins places pres des bords du graphene. Une seconde partie decrit en detail comment nous avons directement grave des GNR dans le graphene en utilisant un faisceau electronique de faible energie (1-20 keV) en presence de vapeur d'eau. Nous montrons que la gravure induite par un faisceau electronique (EBIE) produit des GNRs de moins de 20 nm de large et longs de plusieurs centaines de nanometres ou des tranchees longues de plusieurs micrometres permettant d'isoler un GNR du feuillet de graphene. Une attention particuliere a ete portee a la caracterisation de la qualite structurale des bords des GNR. La microscopie electronique en transmission avec correcteur d'aberrations montre que le graphene est intact a moins de 2 nm d'un bord de decoupe EBIE. La derniere partie est dediee a l'application de cette technique EBIE prometteuse pour fabriquer des GNR contactes electriquement dans un dispositif a effet de champ. Nous montrons que des dispositifs de graphene sur silice sont amorphises de maniere significative par des electrons retrodiffuses. Un nouveau dispositif a ete concu et realise qui consiste a suspendre localement le graphene et a permis de fabriquer des GNR (typiquement 30x200 nm) connectes par des electrodes sur un substrat possedant une grille arriere. Ce travail ouvre la voie pour la mesure de transport electronique dans des GNR et, au-dela sur des structures plus complexes basees sur les GNRs. Il constitue la premiere etape vers une technologie atomique integree pour des dispositifs d'electronique moleculaire a base de graphene.