Interaction électromagnétique entre deux fagots de nanotubes de carbone multi-parois

Electromagnetic interaction between multi-walled carbon nanotube bundles

• Auteur / Autrice : Lorenzo Beccacece
• Direction : Yacine Oussar, Charlotte Tripon-Canseliet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Soutenance le 09/06/2020
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique et d’étude des matériaux (Paris ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Laboratoire des technologies et caractérisations avancées (Palaiseau, Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Holé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Algani, Stéphane Xavier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Éric Rius, Nathalie Haese-Rolland

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lithographie par faisceau d'électrons

Dispositifs à micro-ondes

Tubes hyperfréquences

Propriétés électromagnétiques

Nanotubes

Mots clés libres

Nanotubes de carbone

Hyperfréquences

Dispositifs hyperfréquences

Caractérisation des matériaux

Fabrication en salle blanche

Mesures sur pointes

Modélisation des matériaux

Ingénierie électronique

Microwaves

Carbone nanotubes microwave device

Clean room fabrication

Résumé

L’utilisation des matériaux 1D et 2D dans les dispositifs électroniques suscite un intérêt dans la communauté scientifique et industriel. Grâce à leurs propriétés uniques, les chercheurs envisagent la miniaturisation de dispositifs électroniques fabriqués. Les nanotubes de carbone font partie des matériaux 1D. Après avoir fait l’état de l’art concernant le matériau et son intégration dans les dispositifs électroniques, on a pu déterminer de nouveaux axes de recherche. Ce travail de thèse porte sur la synthèse, caractérisation, modélisation et intégration des fagots verticaux de nanotubes de carbone multi-parois (VAMWCNTs), dans des dispositifs hyperfréquences. L’objectif a été d’améliorer la compréhension du comportement électrique du matériau dans le domaine hyperfréquence, et d’étudier l’interaction électromagnétique entre deux fagots de VAMWCNTs. Ces objectifs font que ce travail de thèse propose une étude novatrice. Des caractérisations avancées ont été réalisées sur ce matériau, et ceci afin de déterminer leurs caractéristiques. Deux modèles électriques équivalents ont été proposés et implémentés par des simulations numériques afin de calculer leurs impédance électrique complexe. Ces résultats de caractérisation ont été utilisés a posteriori pour valider, et aussi pour améliorer ces modèles. Un procédé de fabrication en salle blanche a été optimisé dans le but de synthétiser les fagots de VAMWCNTs directement sur les pistes métalliques.Un dispositif hyperfréquence a été conçu pour étudier le couplage électromagnétique entre deux fagots verticaux de VAMWCNTs. Les mesures montrent l’existence d’un effet qui peut être attribué aux couplages capacitif et magnétique.

The use of 1D and 2D materials in electronic devices is a matter of interest for the scientific and industrial communities. Thanks to their unique properties, the researchers want to reach the device miniaturization. The carbon nanotubes are part of the 1D materials. After the study of the state of the art on this material and on its integration in electronic devices, we defined new research issues on the matter. The work performed in this Ph.D. covered the synthesis, characterization, modeling and integration of vertically aligned multi-walled carbon nanotube (VAMWCNT) bundles, in microwave devices. The goal was to have a better comprehension of the electrical behavior of the synthetized material in the microwave spectrum, and to test the electromagnetic interaction between two large VAMWCNT bundles. This subject has never been previously explored. Advanced characterizations have been achieved on the material, to determine their quality and properties. Two equivalent electrical models, implemented with numerical experiments, were proposed to have the frequency-dependent behavior of the complex electrical impedance. The characterization results were used as feedback to validate and also to improve the models. A clean room fabrication process was optimized, in order to synthetize the VAMWCNT bundles directly on the metallic lines of the devices, and to study the impact of the synthesis. Finally, a microwave device was designed to study the electromagnetic coupling between two large VAMWCNT bundles. The measurements permitted to observe an effect which can be attributed to their capacitive and magnetic coupling.