L’essentiel
- La mobilité dépend de l’environnement plus que du graphène. Les dispositifs sur SiO2 tournent autour de 10 000 cm²/Vs, des feuillets suspendus ont dépassé 200 000 à 5 K, et le graphène dans du nitrure de bore a atteint 140 000 à température ambiante.
- Le graphène commandé par grille dans du nitrure de bore a montré une résistance carrée inférieure à environ 40 ohms par carré à température ambiante. Les films CVD monocouches de grande surface se situent près de 125 ohms par carré.
- Les porteurs se déplacent à environ 106 m/s et il n’y a pas de bande interdite. La conductivité tombe à environ 4e²/h au lieu de zéro, ce qui a maintenu le rapport on/off des transistors près de 100 dans les articles de 2007.
- Le graphène a supporté quelques 108 A/cm² dans une mesure de 2007, soit plusieurs ordres de grandeur de plus que les interconnexions actuelles.
- On peut ouvrir un gap, mais petit. Environ 200 meV dans les bicouches polarisées et dans des rubans de 15 nm, et environ 16 à 28 meV sur du nitrure de bore aligné. Le silicium en a 1,12 eV.
Quelles sont les propriétés électriques du graphène, en chiffres ? Les porteurs se déplacent à environ 106 m/s et la bande interdite est nulle. La mobilité à température ambiante va d’environ 10 000 cm²/Vs sur une puce SiO2 courante à 140 000 cm²/Vs dans du nitrure de bore, et la résistance carrée peut descendre sous 40 ohms par carré. Chaque valeur ci-dessous porte le substrat, la température et la densité de porteurs de sa mesure, car une mobilité sans ces conditions ne dit pas grand-chose.
La mobilité est la vitesse de dérive qu’un porteur gagne par unité de champ électrique. La résistance carrée est la résistance d’un carré de film, quelle que soit sa taille. Pour une densité de porteurs n, une mobilité μ et la charge élémentaire e, elle vaut 1/(n e μ). Notre comparaison graphène et silicium traite le duel dans son ensemble. Cette page est le tableau de référence qui la complète.
Propriétés électriques du graphène : les valeurs mesurées
Lisez la colonne des conditions avant le chiffre. Une mobilité de 200 000 cm²/Vs à 5 K sous vide n’est pas la même affirmation que 100 000 à température ambiante dans un empilement scellé. Les températures sont celles que donnent les articles. L’abréviation hBN désigne le nitrure de bore hexagonal.
| Propriété | Valeur | Conditions | Source |
|---|---|---|---|
| Mobilité, dispositif usuel sur SiO2 | environ 10 000 cm²/Vs | Graphène exfolié sur une plaquette de silicium oxydé, d’après le résumé de Mayorov | Mayorov 2011 |
| Mobilité, dispositifs non suspendus, plage | 2 000 à 25 000 cm²/Vs | Plage de la littérature citée par Bolotin ; la valeur de 25 000 est à n = 5×1012 cm-2 | Bolotin 2008 |
| Mobilité, limite du SiO2 près de la température ambiante | environ 40 000 cm²/Vs | Plafond dû aux seuls phonons de surface du SiO2, mesuré sous ultra-vide | Chen 2008 |
| Mobilité, limite intrinsèque des phonons près de la température ambiante | environ 200 000 cm²/Vs | Phonons acoustiques du graphène lui-même, à n = 1012 cm-2 | Chen 2008 |
| Mobilité, graphène sur hBN, à froid | Terme de diffusion coulombienne 60 000 cm²/Vs ; mobilité de Hall 25 000 à forte densité | Monocouche sur hBN, ajustements à basse température ; le terme coulombien vaut environ 3 fois celui d’un ajustement similaire sur SiO2 | Dean 2010 |
| Mobilité, même feuillet sur hBN et sur SiO2 | environ 20 000 contre 2 000 cm²/Vs | Deux zones d’un même feuillet, environ 4 K | Dean 2010 |
| Mobilité, suspendu, à froid | plus de 200 000 cm²/Vs (pic à 230 000) | Suspendu à 150 nm, recuit par courant, n = 2×1011 cm-2, température de base 5 K | Bolotin 2008 |
| Mobilité, suspendu, près de la température ambiante | environ 120 000 cm²/Vs | 240 K, n = 2×1011 cm-2 | Bolotin 2008, étude en température |
| Mobilité, graphène entre deux cristaux de hBN | environ 100 000 cm²/Vs à 300 K ; environ 140 000 à 4 K | Faible densité, environ 1011 cm-2, côté trous | Mayorov 2011 |
| Mobilité, empilement hBN à contacts de bord | plus de 140 000 cm²/Vs à température ambiante | Empilement de grande surface ; environ 40 000 à la forte densité qui donne la résistance carrée ci-dessous | Wang 2013 |
| Mobilité, dispositif sur grand film CVD | 7 350 cm²/Vs (Hall) | Barre de Hall monocouche taillée dans un film CVD sur cuivre, mesurée vers 6 K | Bae 2010 |
| Résistance carrée, empilement hBN sous grille | moins d’environ 40 ohms par carré | Température ambiante, n = 4,5×1012 cm-2 fixée par une grille, sans dopage | Wang 2013 |
| Résistance carrée, limite des phonons | environ 30 ohms par carré | Température ambiante ; l’article la trouve indépendante de la densité de porteurs | Chen 2008 |
| Résistance carrée, film CVD monocouche | environ 125 ohms par carré pour environ 97 % de transmittance | Film de grande surface cultivé sur cuivre, transféré avec un support polymère PMMA | Bae 2010 |
| Vitesse de Fermi | environ 106 m/s | Environ 1/300 de la vitesse de la lumière | Castro Neto 2009 |
| Conductivité minimale | près de 4e²/h dans les expériences | Les valeurs se regroupent là sur près de 50 dispositifs ; la plupart des théories donnent 4e²/(πh) | Geim et Novoselov 2007 |
| Densité de courant | quelques ×108 A/cm² | Feuillet large de 4 µm pris pour 0,35 nm d’épaisseur, 76 K, atmosphère d’hélium | Moser 2007 |
Pourquoi les mobilités couvrent un facteur 100
Le graphène diffuse peu par lui-même, donc c’est son environnement qui fixe la mobilité. Sur SiO2, les impuretés chargées et les phonons du substrat dominent. Chen et ses collègues ont trouvé que les phonons de surface du SiO2 suffisent à plafonner la mobilité près de 40 000 cm²/Vs. Les dispositifs réels restent bien en dessous.
Retirer le substrat aide. Dans l’échantillon 1 de Bolotin, les porteurs parcourent un libre parcours moyen d’environ 1,2 µm à n = 2×1011 cm-2. Une seconde étude sur du graphène suspendu a tenu 120 000 cm²/Vs à 240 K. Ses auteurs notent que cela dépasse le meilleur semi-conducteur à température ambiante qu’ils citent, InSb à 77 000.
La suspension est fragile, donc la voie pratique est le hBN. Dean a mesuré environ 20 000 cm²/Vs sur hBN et 2 000 sur SiO2 dans un même feuillet. Mayorov a ensuite scellé le graphène entre deux cristaux de hBN et obtenu environ 100 000 à température ambiante, avec un transport balistique sur environ 1 µm. Wang a ajouté des contacts de bord et atteint 140 000.
Une précaution s’impose. Ces mobilités records sont lues à faible densité, près de 1011 cm-2 dans le cas encapsulé. Le chiffre de Wang à la forte densité qui donne 40 ohms par carré est d’environ 40 000. Citer une mobilité sans sa densité, c’est citer le meilleur cas.
Résistance carrée et conductivité minimale
Prenons n = 1012 cm-2. À 10 000 cm²/Vs, la formule donne environ 620 ohms par carré. À 200 000, elle donne environ 31 ohms, ce qui correspond à la limite des phonons de Chen. Ce sont nos calculs à partir des données indiquées.
L’empilement de Wang sous grille est resté sous environ 40 ohms par carré. En multipliant par 0,35 nm, l’épaisseur utilisée par Moser, on obtient une résistivité volumique équivalente d’environ 14 nΩm. Le cuivre fait 16,78 nΩm à 20 °C. Wang écrit que l’empilement fait mieux que tout métal à température ambiante. La comparaison demande de la prudence, car l’empilement ne contient 4,5×1012 cm-2 porteurs que sous tension de grille.
Les grands films racontent une histoire plus modeste. Bae a rapporté une monocouche à environ 125 ohms par carré pour environ 97 % de transmittance, contre environ 350 pour la meilleure valeur monocouche antérieure qu’ils citent. Un film de quatre couches dopé à l’acide nitrique a atteint environ 30 ohms par carré pour environ 90 % de transparence. Ils opposent ce film à l’oxyde d’indium-étain, sous 100 ohms par carré.
À l’autre extrémité, la conductivité ne disparaît pas quand la densité de porteurs s’annule. Geim et Novoselov montrent des valeurs regroupées près de 4e²/h sur près de 50 dispositifs. Cela correspond à environ 6,45 kilohms par carré selon notre calcul. Le 4e²/(πh) théorique donnerait environ 20,3 kilohms. Ce désaccord est devenu connu comme le « mystère de la part manquante » (missing pie), et leur revue en laisse la cause ouverte.
Cône de Dirac et vitesse de Fermi
Près des points K du réseau, l’énergie du graphène croît linéairement avec l’impulsion. Les deux bandes forment un cône dont la pointe est à énergie nulle. Les porteurs se comportent comme des particules sans masse, avec une vitesse de la lumière effective d’environ 106 m/s. Castro Neto et ses collègues la situent vers 1/300 de la vitesse réelle de la lumière.
Chen en tire une conséquence. À cause de la dispersion linéaire, la résistivité due à des diffuseurs isotropes, comme les phonons acoustiques, ne dépend pas de la densité de porteurs. C’est pourquoi la limite des phonons du tableau ci-dessus est un chiffre unique.
Recevez le prochain par e-mail
Un nouvel article par semaine sur les rayonnements, les particules et les instruments qui les mesurent, avec ses sources. Pas de spam, désinscription à tout moment.
Pourquoi le graphène n’a pas d’état bloqué, et comment ouvrir un gap
Le canal d’un transistor doit pouvoir passer à un courant quasi nul. Le graphène n’a pas de gap, il continue donc de conduire au point de neutralité. Geim et Novoselov relèvent des rapports on/off d’environ 100 seulement et jugent ce point neutre métallique comme un problème majeur pour la logique courante.
Trois voies ouvrent un gap. Aucune n’atteint les 1,12 eV du silicium.
| Voie | Gap | Conditions | Source |
|---|---|---|---|
| Bicouche avec champ perpendiculaire | proche de 200 meV | Grille supérieure à électrolyte, n d’environ 1,5×1013 cm-2, spectroscopie infrarouge | Mak 2009 |
| Bicouche avec champ, plage attendue | jusqu’à 0,3 eV | Avec le SiO2 comme diélectrique | Geim et Novoselov 2007 |
| Nanorubans | environ 200 meV | Rubans larges d’environ 15 nm, mesurés à basse température ; le gap croît quand la largeur diminue | Han 2007 |
| Monocouche alignée sur hBN | environ 16 à 28 meV | Gaps d’activation thermique de 190 à 320 K sur quatre dispositifs ; la conversion en meV est la nôtre | Hunt 2013 |
| Silicium, pour l’échelle | 1,12 eV | À 300 K | Wikipedia, Silicon |
Chaque voie a un coût. Une bicouche polarisée demande un champ fort. Un ruban demande des bords taillés vers 10 nm, la largeur qu’exigerait un fonctionnement à température ambiante selon Geim et Novoselov. Le hBN aligné donne un gap proche de l’énergie thermique, soit environ 25,9 meV à 300 K selon notre calcul.
Graphène face au silicium, à l’AsGa et au cuivre
Ces comparaisons mélangent dispositifs et conditions, à utiliser pour s’orienter seulement. Les valeurs du silicium et de l’AsGa (GaAs) viennent d’une référence générale. Les deux gaps et la mobilité du GaAs y sont donnés à 300 K. La mobilité du silicium n’a ni température ni dopage indiqués.
| Propriété | Graphène | Silicium | GaAs | Cuivre |
|---|---|---|---|---|
| Bande interdite | 0 | 1,12 eV | 1,424 eV | aucune (métal) |
| Mobilité des électrons, cm²/Vs | environ 10 000 sur SiO2 ; plus de 140 000 dans le hBN à 300 K | environ 1 400 | environ 9 000 | sans objet |
| Résistivité à 20 °C | environ 14 nΩm (empilement hBN sous grille, notre estimation) | non comparée | non comparée | 16,78 nΩm |
| Peut se bloquer | Non, on/off d’environ 100 | Oui | Oui | Non |
Les mobilités du silicium et du GaAs viennent de la page Wikipedia sur la mobilité des électrons et de sa page sur le GaAs. Les gaps viennent des pages silicium et GaAs. Ce sont des sources secondaires. Pour voir comment les porteurs circulent dans le silicium, lisez notre article sur les porteurs de charge.
Ce que ces chiffres ne disent pas
Les valeurs records viennent de petits feuillets fabriqués en laboratoire. Le matériau CVD à l’échelle de la plaquette se situe bien plus bas, comme le montre la mobilité de Hall de 7 350 cm²/Vs que Bae a mesurée vers 6 K. Les températures et les densités diffèrent d’une ligne à l’autre, donc aucun couple de lignes n’est une comparaison à conditions égales.
Les sources ici datent de 2007 à 2013. Nous n’avons pas relu les travaux plus récents sur les gaps, donc le tableau des gaps peut sous-estimer ce que font les dispositifs récents.
Sources
- Geim et Novoselov, The rise of graphene, Nature Materials 6, 183 (2007)
- Castro Neto et al., The electronic properties of graphene, Reviews of Modern Physics 81, 109 (2009)
- Bolotin et al., Ultrahigh electron mobility in suspended graphene, Solid State Communications 146, 351 (2008)
- Bolotin et al., Temperature dependent transport in suspended graphene (2008)
- Chen et al., Intrinsic and extrinsic performance limits of graphene devices on SiO2, Nature Nanotechnology 3, 206 (2008)
- Dean et al., Boron nitride substrates for high-quality graphene electronics, Nature Nanotechnology 5, 722 (2010)
- Mayorov et al., Micrometer-scale ballistic transport in encapsulated graphene at room temperature, Nano Letters 11, 2396 (2011)
- Wang et al., One-dimensional electrical contact to a two-dimensional material, Science 342, 614 (2013)
- Moser, Barreiro et Bachtold, Current-induced cleaning of graphene, Applied Physics Letters 91, 163513 (2007)
- Bae et al., 30 inch roll-based production of high-quality graphene films for flexible transparent electrodes (préprint de l’article de Nature Nanotechnology, 2010)
- Mak et al., Observation of an electric-field induced band gap in bilayer graphene by infrared spectroscopy (2009)
- Han et al., Energy band-gap engineering of graphene nanoribbons, Physical Review Letters 98, 206805 (2007)
- Hunt et al., Massive Dirac fermions and Hofstadter butterfly in a van der Waals heterostructure, Science (2013)
- Wikipedia, Electron mobility (valeurs du silicium et du GaAs, source secondaire)
- Wikipedia, Gallium arsenide (bande interdite et mobilité des électrons, source secondaire)
- Wikipedia, Silicon (bande interdite, source secondaire)
- Wikipedia, Copper (résistivité à 20 °C, source secondaire)
Citer cet article
Turner, A. (2026, 9 novembre). Graphène : propriétés électriques, les chiffres mesurés. ScienceShot. https://scienceshot.com/fr/post/graphene-proprietes-electriques
Turner, Alex. “Graphène : propriétés électriques, les chiffres mesurés.” ScienceShot, 9 nov. 2026, scienceshot.com/fr/post/graphene-proprietes-electriques.
Turner, Alex. “Graphène : propriétés électriques, les chiffres mesurés.” ScienceShot, 9 novembre 2026. https://scienceshot.com/fr/post/graphene-proprietes-electriques.
@online{scienceshot-graphene-proprietes-electriques-2026,
author = {Turner, Alex},
title = {{Graphène : propriétés électriques, les chiffres mesurés}},
organization = {ScienceShot},
date = {2026-11-09},
year = {2026},
url = {https://scienceshot.com/fr/post/graphene-proprietes-electriques}
}https://scienceshot.com/fr/post/graphene-proprietes-electriques
Recevez un article par semaine
Un nouvel article par semaine sur les rayonnements, les particules et les instruments qui les mesurent, avec ses sources. Pas de spam, désinscription à tout moment.




