Transistors à base de nanotubes de carbone réalisés par auto-assemblage et leur optimisation chimique

par Stéphane Auvray

Thèse de doctorat en Physique. Physicochimie

Sous la direction de Daniel Estève.

Soutenue en 2004

à Paris 11 .


  • Résumé

    Ce travail concerne le développement d'une technique de positionnement sélectif des nanotubes de carbone et son utilisation pour la fabrication de transistors à base de nanotubes (CNTFETs) individuels auto-assemblés. Nous mettons en évidence le rôle crucial des interfaces nanotube/substrat et nanotube/électrodes dans le fonctionnement de ce type de dispositifs et nous proposons une méthode efficace d'optimisation de leurs perfonnances. La méthode de positionnement contrôlée repose sur la fonctionnalisation de surfaces de silice par un aminosilane. Cette technique confère localement une réactivité spécifique au substrat qui permet l'adsorption sélective de nanotubes dispersés en solution. Cette approche apporte une solution pertinente pour connecter aisément les nanotubes adsorbés et fabriquer des CNTFETs de manière systématique. Du point de vue des performances, nous montrons que ces CNTFETs sont comparables à ceux réalisés à partir d'un dépôt aléatoire de nanotubes. Dans les deux cas, les performances sont limitées par la présence d'une barrière Schottky à l'interface métal/nanotube. Nous montrons également que nous pouvons tirer partie de cette méthode d'auto- organisation pour réaliser une optimisation chimique de ces CNTFETs. En effet, la couche de silane apporte une interface supplémentaire qui peut être modifiée pour améliorer soit l'injection des porteurs, soit le niveau de dopage dans le nanotube. Ainsi, la hauteur de la barrière Schottky à l'interface métal/nanotube peut être contrôlée de manière fine et continue jusqu'à l'obtention d'un contact quasi-ohmique par l'utilisation de molécules polaires. La densité de charges dans le nanotube peut, quant à elle, être ajustée par l'utilisation de composés acides ou basiques permettant la protonation ou la déprotonation de la couche de silane. L'évolution significative des propriétés de transport des CNTFETs en présence de très faibles quantités de molécules montre le fort potentiel des CNTFETs dans le domaine des capteurs.


  • Résumé

    In this thesis, we present a method of selective placement of carbon nanotubes and its use for the fabrication of nanotube transistors (CNTFETs) based on self-assembled individual tubes. We demonstrate the key role of the nanotube-substrate and nanotube-electrode interfaces on the device action and we propose an efficient way of optimizing their performances. The positioning technique relies on the functionalization of silica surfaces by an aminosilane. It gives a specific and local reactivity to the substrate which allows for the selective adsorption of nanotubes dispersed in solution. This approach brings a pertinent solution to the problem of systematic connection of adsorbed nanotubes in a transistor: geometry. We show that the performances of these CNTFETs compare favourably with those of nanotube transistors made from random dispersions of tubes. In both cases, performances are limited by the Schottky barrier at the nanotube/metal interface. We also show that we can take advantage of this self-assembly technique to perform a chemical optimization of the CNTFETs. Indeed, the aminosilane monolayer brings a new interface that can be modified either to improve carrier injection into the nanotube or to change the doping level of the tube. The Schottky barrier height at the nanotube/metal interface can be improved in a continuous fashion down to an almost ohmic contact through the use of polar molecules. The density of charges in the nanotube can also be adjusted using either acid or basic compounds which lead to the protonation or deprotonation of the aminosilane layer. The significant modulation of the transport properties of CNTFETs in the presence of very low amounts of molecules shows the high potential of these devices for use as chemical sensors.

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Informations

  • Détails : 196 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2004)11
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