Synthèse de nanotubes de carbone pour l'obtention de vias d'interconnexions électriques et de drains thermiques

par Hermane Mbitsi

Thèse de doctorat en Science des matériaux

Sous la direction de Chantal Boulmer-Leborgne et de Nadjib Semmar.

Le président du jury était Patrick Simon.

Le jury était composé de Chantal Boulmer-Leborgne, Nadjib Semmar, Patrick Simon, Marc Lethiecq, Pierre-Yves Jouan, Corinne Champeaux, Jean-Baptiste Quoirin.

Les rapporteurs étaient Marc Lethiecq, Pierre-Yves Jouan.


  • Résumé

    Les travaux de recherche de ce manuscrit s’inscrivent dans le cadre d’une coopération scientifique avec la société STMicroelectronics de Tours concernant les interconnexions des prochaines générations de circuits intégrés. L’intégration de nanotubes de carbone comme connecteurs en microélectronique de puissance, limiterait sévèrement les effets d’échauffements dans les empilements de puces, permettant une meilleure dissipation de la chaleur. Ce travail de thèse avait pour objectif de déterminer un procédé de croissance reproductible de nanotubes de carbone d’au moins 20 dm de long, en tapis perpendiculaire au substrat, peu pollué par du carbone amorphe afin de réaliser un véhicule test permettant de mesurer les propriétés thermiques et électriques du tapis de nanotubes obtenu. Le dispositif expérimental présenté utilise l’ablation laser pour le dépôt de catalyseur (fer) la méthode de CVD assistée par plasma radiofréquence d’éthylène et d’hydrogène pour la croissance de nanotubes de carbone. Des conditions optimales d’obtention des tapis répondant aux critères de réalisation des démonstrateurs, ont été définies à la suite d’une étude paramétrée. Pour les mesures électriques, des plots d’or servant d’électrodes, sont déposés sur les tapis de nanotubes. Lors des tests électriques 4 pointes sur le démonstrateur réalisé, le comportement ohmique des tapis de nanotubes a été mis en évidence. Une puissance de 300 mW/mm2 est déposée sur les plots sans aucun dommage pour les nanotubes, et une résistivité de l’ordre de 10-3 L.m a été estimée. Pour les tests thermiques, une couche mince de titane absorbant l’énergie d’un faisceau laser UV pulsé représentant la source de chaleur, est déposée sur le tapis de nanotubes. Des valeurs de conductivité thermique apparente de 200 – 300 W/m/K et intrinsèque de 660W/m/K ont été déterminées par méthode de pyrométrie infrarouge résolue en temps.

  • Titre traduit

    Synthesis of carbon nanotubes for getting vias of electrical interconnections and thermical drains


  • Résumé

    This manuscript presents the research work done in the frame of scientific cooperation with the company STMicroelectronics in Tours concerning the interconnections for the next generation of integrated circuits. The integration of connectors based on carbon nanotubes in microelectronic would severely limits the effects of overheating in the stacks of chips, allowing a better heat dissipation. The aim of this PHD work was the determination of a reproducible carbon nanotubes carpet growth process at least 20 dm long, perpendicular to the substrate, slightly polluted by amorphous carbon in order to achieve a test vehicle for measuring thermal and electrical properties of carbon nanotubes carpet. The experimental device combines laser ablation process for the deposit of catalyst (iron) and RF plasma Enhanced CVD method with a mixture of ethylene and hydrogen gases for the growth of carbon nanotubes. Optimal conditions for obtaining carpet criteria for test vehicle realization have been defined from a parameterized study. For electrical measurements, gold layers as electrodes are deposited on nanotube carpets. Four probes electrical test is achieved and an ohmic behaviour of nanotube carpet is evidenced. A power of 300 mW/mm2 is deposited without any damage for the nanotubes and the carpet resistivity is estimated to be 2,99.10-3 L.m. For thermal testing, a titanium thin film is deposited on the carpet in order to absorb the UV pulsed laser beam representing the heating source. An apparent thermal conductivity value of 200 - 300 W/m/K and an intrinsic value of 660W/m/K were determined by time resolved infrared pyrometry method.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université d'Orléans (Bibliothèque électronique). Service commun de la documentation.Division des affaires générales.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.