Croissance confinée de nanotubes de carbone et nanofils de silicium dans des membranes latérales d'alumine poreuse

PALAISEAU-Polytechnique (914772301) / SudocSudocFranceF

Interaction de l'hydrogène atomique avec les surfaces de silicium (réalisation du système expérimental, caractérisation et premiers résultats)

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Etude et réalisation de transistors à nanotubes de carbone pour la détection sélective de gaz

Ce travail de thèse porte sur la réalisation d'un capteur d'espèces chimiques gazeuses à partir de transistors à nanotubes de carbone à effet de champs (i.e. CNTFET). Cette nouvelle génération de capteurs présente de nombreux avantages : compacts et bas coût, ils peuvent être intégrés dans des systèmes de détection ultrasensibles et autonomes. Ils sont destinés à des applications de sécurité civile ponctuelle ou en réseau comme la détection de gaz d'attaque ou d'explosifs. Nous proposons la réalisation de transistors à tapis aléatoires de nanotubes de carbone. L'utilisation de ces tapis permet de résoudre les problèmes de fabrication en quantité et de reproductibilité rencontrée avec les transistors à un seul nanotube. La première partie de nos travaux repose sur la mise au point d'une méthode de dépôt de tapis de nanotubes à l'aide d'un aérographe assisté d'un robot automatisé: des poudres commerciales de nanotubes de carbone sont mises en solution puis déposées de manière aléatoire par atomisation de micro gouttes de solvant. Les tapis ainsi obtenus permettent de réaliser en grand nombre de transistors avec des performances électriques reproductibles. La seconde partie présente le développement d'une matrice de transistors composée par des électrodes de différente nature (platine, palladium, or, nickel, titane) afin de répondre au problème de la sélectivité pour la détection gazeuse rencontré par ce type de dispositif. Ainsi nous discriminons les gaz en réalisant une empreinte électronique exploitant la modification spécifique des caractéristiques des différentes jonctions métal/nanotubes, et donc des caractéristiques de transfert des CNTFETs. Notre capteur présente une sensibilité et une sélectivité à l'ammoniac, au dioxyde d'azote, au diméthyle methylphosphonate (simulant du gaz sarin) et à l'eau oxygénée. La production en grand nombre de ces éléments permet de valider le potentiel industriel de ces capteursThis work focuses on sensor based on carbon nanotube field effect transistors (i.e. CNTFETs) modulated chemically. This new generation of sensors has many advantages: compact and inexpensive, they can be integrated in ultrasensitive and autonomous detection systems. The civilian security market is targeted, particularly punctual and network detection of warfare and explosive agent. In order to achieve a scalable and highly reproducible fabrication, which is not possible for a single carbon nanotube transistor, we propose to achieve CNTFETs using random mats of Single Wall carbon nanotubes (CNT). The first part of our work has dealt with the development of a deposition method of CNT mats using an airbrush technique assisted by an automated robot. Commercial carbon nanotubes powders are dispersed in a specific solvent and then deposited randomly by atomization of micro droplets on a hot substrate. The random mats obtained with this technique are extremely uniform (density) and allow to achieve arrays of CNTFETs with reproducible electrical characteristics. The second part has concerned the development of an array of CNTFETs with different metal electrodes (platinum, palladium, gold, nickel, titanium) to address the problem of selectivity of this kind of device. We identify a sort of electronic fingerprinting exploiting the specific interaction of each gas with each metal/SWCNTs junction. This interaction changes in an extremely specific way the transfer characteristics of the CNTFETs. We have demonstrated a sensitivity and selectivity to ammonia, nitrogen dioxide, and dimethyl methylphosphonate (sarin gas simulant) and hydrogen peroxide. These devices, thanks to their relatively low cost fabrication and high selectivity, have the potential to strike the market within a few years.PALAISEAU-Polytechnique (914772301) / SudocSudocFranceF

nanoorganization and device fabrication (carbone nanotubes) by vertical porous anodic alumina templates

Cette thèse est dédiée à l étude des membranes verticales d Alumine Anodique Poreuse (AAP) et leur application pour l organisation nanométrique et la fabrication de composants. L objectif principal a été de développer une méthode d anodisation d Al permettant une fabrication réproductible des AAPs qui rend possible la réalisation des nanostructures poreuses complexes et l organisation de nano-matériaux. La fabrication des AAPs, et donc l anodisation, a été étudiée profondément à partir de différents substrats sur lesquels une couche d Al a été déposée au départ. Nous avons pu contrôler pre cisément la vitesse de fabrication d AAP. Des AAPs ont été fabriquées utilisant de très forts acides à basse température, ce qui a permis à réaliser des diamètres de pores d environ 4.2 nm et des densités de pores jusqu à 7.2*1011cm- . En plus, une méthode unique a été développée pour le traitement de la couche barrière au fond des pores appliquant une décroissance exponentielle de la tension d anodisation. Cela permet le contrôle et la variation de l épaisseur de la couche barrière et, en même temps, le contrôle de l uniformité et de la distribution de cette épaisseur. En se basant sur les résultats fondamentaux concernant la fabrication des AAPs, nous avons pu établir une technique d électrodéposition dans des AAPs qui permet le dépôt de particules de Ni d une taille variable (d environ 10 nm à 2.5 m) à différentes densités souhaitées dans une gamme de 2.3 109 cm-2 to 7.1 x 1010 cm-2 dans des AAPs avec un diamètre de pores de 40 nm. La croissance des NTCs a été étudiée dans des AAPs aussi bien que sur des surfaces structurées par des AAPs. La variabilité de la densité des particules de catalyseur implique la possibilité de la variation de la densité des NTC. Cela nous a permis la réalisation des échantillons d émission de champ à partir des NTCs, avec lesquelles on a pu obtenir une émission de champ de 1 mA/cm . Qui plus est, nous avons démontré la faisabilité d une structure multi-couche poreuse à partir d une gravure anisotrope utilisant des AAPs comme masque de gravure. Cela pourrait permettre d envisager de nouveaux composants bottom-up comme un transistor vertical à base des NTCs ou des nanofils de Si.This thesis is devoted to the study of vertical Pourous Anodic Alumina templates (PAA) and the application thereof for nanoorganization and device fabrication. Our principle objective was to develop an anodization method of Al that allows a reproducible fabrication of PAA offering the possibility to create complex porous nanostructures as well as the organization of nanomaterials. The PAA fabrication, i.e. the anodization process, has been studied in detail on various substrates on which initially an Al layer has been deposited. We have been able to control the fabrication rate of PAA precisely. PAAs have been fabricated using highly acidic anodization acids at low temperature, by which pore diameters down to 4.2 nm and pore densities up to 7.2*1011cm- could be obtained. Further, we have developed a unique approach to control the barrier layer at the pore bottom of PAA applying an exponential anodization voltage decrease. This allows to vary and to control precisely the thickness of the barrier layer including the possibility to control the uniformity and distribution of the barrier layer thickness. Based on the fundamental control of PAA fabrication, we have been able to develop an electrodeposition technique inside PAA that allowed us to deposit Ni-particles of adjustable size (from about 10 nm to 2.5 m) at predetermined deposition densities in the range of 2.3 109 cm-2 to 7.1 x 1010 cm-2 inside PAA with a pore diameter of 40 nm. The CNT growth was studied inside PAA and on PAA patterned surfaces. The variability of the deposited growth catalyst particles allowed us to vary the density of grown CNTs. This was the basis for the fabrication of CNT field emission samples, by which field emission of 1 mA/cm has been realized. Last but not least, we have demonstrated that PAA can be used as etching mask for multilayer structures allowing to create nanoporous multilayers by anisotropic etching. This might open the way for new bottom-up devices like a vertical transistor based on CNTs or Si-nanowires.PALAISEAU-Polytechnique (914772301) / SudocSudocFranceF

Croissance organisée de nanostructures semiconductrices uni-dimensionnelles dans les membranes poreuses verticales pour la fabrication de transistors à effet de champ

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Photocathodes à base de nanotubes de carbone sur substrats semi-conducteurs de type III-V. Application aux amplificateurs hyperfréquence

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Carbon nanatubes growth process by dc-PECVD with water vapour

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Les inquiétudes de l'école face aux évolutions de la violence - Adapter les outils à une stratégie d'anticipation du risque

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