Synthèse par procédé plasma et caractérisation de nanotubes : étude des mécanismes de croissance et applications électronique, biochimique et thermique

par Aurelien Tailleur

Thèse de doctorat en Science des matériaux, Plasma-Couches minces et nanostructures

Sous la direction de Mohamed-Abdou Djouadi et de Laurent Le Brizoual.

Soutenue en 2011

à Nantes , en partenariat avec Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    L’objectif principal de ce travail de thèse a été l’optimisation de la synthèse par méthode plasma de tapis de nanotubes de carbone multi-parois orientés. Pour cela l’influence des différents paramètres plasma a été évaluée d’une part par l’analyse structurale des tapis de nanotubes synthétisés, réalisée principalement par des observations au MEB et au MET et d’autre part par l’analyse du plasma, réalisée principalement par spectrométrie de masse. Cette étude a notamment permis de mieux comprendre les mécanismes de croissance des nanotubes de carbone multi-parois ainsi que les possibilités et limitations liées à notre procédé de synthèse, en l’occurrence l’ECR-PECVD (Electron Cyclotron Resonance – Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition). Après quoi différentes applications potentielles des nanotubes de carbone multi-parois, nécessitant leur synthèse sur différents substrats ont été étudiées. Une première étude a été menée sur l’utilisation de nanotubes de carbone comme interconnexion en remplacement du cuivre pour la microélectronique, étude menée dans le cadre de l’ANR « Nanoréseaux ». Une seconde étude fut menée sur l’utilisation de tapis de nanotubes de carbone en tant que transducteur pour la réalisation de biocapteurs électrochimiques, étude menée dans le cadre du projet région « Biocap’Loire ». Une troisième étude fut menée sur l’utilisation de tapis de nanotubes de carbone encapsulés par du nitrure d’aluminium pour la réalisation d’évacuateurs thermiques destinés à la microélectronique, étude menée dans le cadre de l’ANR « Nanothermic ». Enfin la possibilité de synthétiser des nanotubes de nitrure de bore à l’aide de notre procédé a été étudiée et a notamment permis d’identifier les limitations et les voies d’amélioration de notre procédé pour la synthèse de nanotubes de nitrure de bore.

  • Titre traduit

    Synthesis by plasma method and characterization of nanotubes : study of growth mechanism and electronic, biochemical and thermal applications


  • Résumé

    The main issue of this PHD work was the optimisation of the synthesis by plasma method of oriented multi wall carbon nanotubes (MWCNTs). For this purpose the influence of the different plasma parameters was evaluated on the one hand by the structural analysis of the CNTs carpets synthesized, mainly realised by SEM and TEM observations and on the other hand by plasma diagnostics as mass spectrometry. This study has especially allowed better understanding the growth mechanism of MWCNTs and the advantages and limitations of our ECR-PECVD process (Electron Cyclotron Resonance – Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition). Different applications of our CNTs were explored in the frame of this thesis work. First a study was carried out on the use of CNTs as interconnection in replacement of copper for microelectronic application (ANR “Nanoréseaux”). A second study was done on the use of MWCNTs as transducers for the realisation of electrochemical biosensors (Region Project “Biocap’Loire”). A third study was carried out for the development of nanocomposites materials with exceptional thermal conductivity. In fact, MWCNTs coated with aluminium nitride (AlN) were synthesized and characterized in order to be used for the thermal management of microelectronic devices (ANR “Nanothermic”). Finally the synthesis of boron nitride nanotubes (BNNTs) by our process was investigated and has mainly allowed identifying the limits and possible improvement ways of our process for the synthesis of BNNTs.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (225 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 209-224

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  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. BU Sciences.
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