Intégration du graphène sur composants micro-acoustiques radiofréquences

Integration of graphene on micro-acoustic radiofrequency components

• Auteur / Autrice : Mario Costanza
• Direction : Samuel Margueron
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microtechniques
• Date : Soutenance le 05/12/2023
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Franche Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies - Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Site de préparation : École nationale supérieure de mécanique et des microtechniques (Besançon)
• Jury : Président / Présidente : Yann Kersalé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Paulo Ventura Santos, Michel Devel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Salvatore Stivala, Clemens Winkemann

Mots clés

Mots clés contrôlés

Graphène

Radiofréquences

Mots clés libres

Micro-Acoustiques

Microtechnologies

Convolueur

Acoustoélectronique

Micro-Acoustics

Microtechnologies

Radiofrequencies

Graphene

Convolver

Acoustoelectronic

Résumé

L'interaction acoustoélectronique des charges mobiles avec des ondes acoustiques est un phénomène au cœur des propriétés électroniques des matériaux. Depuis quelques années, cette interaction non linéaire est étudiée pour manipuler des dispositifs électroniques ou photoniques à l'aide d'ondes acoustiques.En particulier, les matériaux bidimensionnels, comme le graphène, ont le potentiel d'améliorer la réponse des dispositifs microacoustiques non linéaires du fait de leur forte mobilité et leur faible masse.L'objective de cette thèse a ainsi été de démontrer qu'une architecture de graphène sur niobate de lithium pour des dispositifs à ondes acoustiques de surface permet de réaliser un dispositif fonctionnel de type convolueur opérant à plusieurs GHz.Pour cela, le transfert de graphène sur niobate de lithium a été optimisé en salle blanche. Les films transférés ont été caractérisés électriquement, pardes mesures Hall classique et quantique ainsi que par spectroscopie Raman. Les résultats ontmontré que nous avons obtenu des films de graphène transférés dopés de type p.Les caractérisations du courant acoustoélectronique sur composants microacoustiques à ondes de surface à 2,5 GHz ont confirmé un fort couplage.Finalement, des amplificateurs et convoleurs non dégénérés basés sur l'effet acoustoélectronique ont été développés. Les résultats montrent une forte sensibilité des dispositifs avec l'échauffement induit à forte puissance acoustique dont les amplificateurs sont particulièrement sensibles.L'effet de convolution de signaux contrapropagatifs sur électrode en graphène est cependant clairement démontré. Ces résultats confirment la possibilité de réaliser des composants tout-analogique fonctionnant à plusieurs GHz pour le traitement de signaux spécifiques.

The acoustoelectronic interaction of mobile carriers with acoustic waves is a phenomenon at the heart of the electronic properties of materials. For several years, this non-linear interaction has been at the heart of developments intended to manipulate the response of electronic or photonic devices with acoustic waves.In particular, two-dimensional materials, such as graphene, have the potential to improve the response of non-linear microacoustic devices due to their high mobility and low mass.The objective of this thesis was then to demonstrate that a graphene architecture on lithium niobate for surface acoustic wave devices makes it possible to produce a functional convolver device operating at several GHz. For this, the transfer of graphene onto lithium niobate was optimized in a clean room.The transferred films were characterized electrically, by classical and quantum Hall measurements as well as by Raman spectroscopy. The results showed that we obtained p-type doped transferred graphene films. Characterizations of the acoustoelectronic current on micro-acoustic surface waves components at 2.5 GHz confirmed strong coupling. Finally, non-degenerate amplifiers and convolvers based on the acoustoelectronic effect were developed.The results show a high sensitivity of the devices with the heating induced at high acoustic power of which the amplifiers are particularly sensitive.The convolution effect of counterpropagative signals on a graphene electrode is clearly demonstrated. These results confirm the possibility of producing all-analog components operating at several GHz for the processing of specific signals.