Elaboration et caractérisation de nanostructures carbonées par procédé CVD assisté par plasma microonde

par Sandra Rizk (Gully)

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jamal Bougdira et de Mohamed Badreddine Assouar.

Soutenue le 06-11-2009

à Nancy 1 , dans le cadre de EMMA , en partenariat avec LPMIA (laboratoire) .

Le jury était composé de Jamal Bougdira, Badreddine Assouar, François le Normand, Tiberiu Minea, Claire Hérold, Malek Tabbal.

Les rapporteurs étaient François le Normand, Tiberiu Minea.


  • Résumé

    Ce projet est consacré à la croissance de nanofils de SiC et de nanotubes de carbone par MPACVD dans un réacteur tubulaire. Les conditions de pré-traitement de la couche catalytique de fer, indispensable à la croissances des nanostructures, ont favorisé la croissance de l'une ou l'autre structure. Un pré-traitement agressif dans un plasma d'hydrogène a permit la croissance de nanofils constitués d'un coeur de ß-SiC et d'une gaine de carbone. L'originalité du procédé utilisé est que l'apport de silicium pour la croissance de ces nanofils provient du sustrat lui-même. Deuxièmement, une étude sur la nanostructuration d'une couche catalytique de fer a été réalisée. L'effet des paramètres plasma, l'épaisseur du catalyseur et le temps de pré-traitement sur la taille et la formation des particules a été montré. Un modèle explicatif a également été élaboré. Après la nanostructuration du catalyseur, une étude paramétrique sur la croissance de NTC a été entreprise. Nous avons montré l'effet des paramètres plasma, et du taux de gaz méthane utilisé sur la qualité et la structure des NTCs. Une corrélation entre l'épaisseur de la couche catalytique et le diamètre des NTCs a été établie. De plus pour un temps de pré-traitement relativement long la croissance de nanomurs de carbone a été favorisée.


  • Résumé

    We report in this study, the growth of silicon carbide nanofibers and carbon nanotubes by MPACVD. Regarding to the pre-treatment conditions of the catalytic layer, used in our reactor, one structure is promoted. An aggressive pre-treatment lead to the growth of a core-shell structure of SiC nanofibers. The core is constituted of ß-SiC and the shell of carbon. The originality of this process resides in the fact that the silicon source to grow these nanofibers is the substrate itself. Secondly, the control of the nanostructuration and the patterning of iron catalyst film was studied. The effect of the hydrogen plasma conditions on the diameter and the density of the catalyst nanoparticles was studied and discussed. We were then able to propose a comprehensive mechanism for the metallic nanostructuration. The growth of carbon nanotubes (CNTs) was than carried out on the patterned catalyst nanoparticles. The plasma parametric study revealed the effect of the plasma power and pressure as well as the methane gas ratio on the quality and structure of the produced CNTs. A corrolation of the catalyst thickness and the CNTs diameters has been demonstrated. High quality double-walled and multi-walled CNTs of a diameter of about 1 nm have than been obtained. Besides, we have noted the gowth of carbon nanowalls for relatively long pre-treatment times.


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