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Accueil > Axes de Recherche > PPANAM > OR Diamant et Matériaux Carbonés > Présentation Générale

Présentation Diamant/matériaux carbonés

par Damien Faurie - publié le , mis à jour le

Cette OR regroupe les activités menées dans le précédent quinquennal sur la synthèse de diamant, de nanotubes de carbone et de graphène et les applications associées. Pour le premier domaine d’activité, les efforts s’effectuent selon trois directions :
(i) les technologies quantiques (TQ) qui sont actuellement en plein essor comme le souligne le flagship européen de 2018 dans ce domaine. Notre équipe a une reconnaissance nationale et internationale dans le domaine de la création de centres luminescents (tels que les NV) dans le diamant qui sont manipulables et adressables optiquement. Nous souhaitons élargir ces compétences en développant de nouvelles plateformes ou combinaisons de matériaux pour les TQ en collaboration étroite avec l’IRCP, le LAC, le L2C et Thales TRT ;
(ii) l’électronique de puissance pour laquelle le diamant monocristallin constitue le matériau semiconducteur ultime. Néanmoins, malgré les progrès obtenus en matière de dopage et de réduction des défauts étendus, la taille modeste des substrats disponibles reste encore un obstacle au développement de cette application. Un effort très important est mené dans le développement de stratégies visant à l’élargissement des substrats, l’objectif étant d’arriver d’ici 5 ans à un monocristal de 2 pouces. Ce travail complète celui déjà initié à travers différents projets ANR sur l’hétéroépitaxie et les collaborations avec le CEA, le GEMaC, l’INL, le NEEL. En parallèle, l’activité dopage bore du diamant est maintenue pour le développement, en collaboration avec le LAAS et le NEEL, de composants innovants en électronique de puissance, en particulier une architecture de type MOSFET. Ces stratégies pourront par la suite être répliquées sur des substrats de plus grandes dimensions ;
(iii) l’optimisation du procédé de dépôt basse pression basse température. En effet, même s’il est maintenant possible de déposer du diamant nanocristallin à des températures inférieures à 200°C, son adhésion au substrat reste perfectible et un travail important doit être mené en ce sens. La maîtrise de ce procédé permettra le développement de nouvelles applications (protection de polymères flexibles, guides d’ondes acoustiques, …) qui pourront avoir un impact industriel fort. Ce travail s’appuie sur des collaborations antérieures ou développées récemment notamment avec l’Institut Jean Lamour, l’université de Sherbrooke et l’industriel Neocoat. L’OR s’intéresse également à deux autres allotropes du carbone, les nanotubes de carbone (NTC) et le graphène (Gr), synthétisés par PECVD à partir de précurseurs gazeux et par arc électrique à partir de carbone graphite. Contrairement au diamant, la présence d’un catalyseur sous forme de métal de transition est nécessaire à la rupture de la symétrie pour aboutir à des nanotubes (objets 1D) ou au graphène (objet 2D). Nous travaillons sur les aspects liés à la croissance par une approche alliant l’optimisation des plans d’expérience, le diagnostic in-situ par des outils de spectroscopie optique d’émission et la modélisation des processus thermocinétiques avec des modèles de complexité chimique (jusqu’à plusieurs centaines de réactions et d’espèces) et géométrique (0D, 1D et 2D) variables.