Transport électronique couplé à la microscopie en champ proche des transistors à nanotube de carbone : application à la détection de charges

Electronic Transport coupled to scanning probe microscopy of Carbon Nanotube Field Effect Transistors : application to charge detection

• Auteur / Autrice : David Brunel
• Direction : Thierry Mélin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro et nanotechnologies, acoustique et télécommunications
• Date : Soutenance le 15/12/2008
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diffusion inélastique

Contacts métal-semiconducteur

Charge et distribution électriques

Transport des électrons, Théorie du

Potentiel de surface

Microscopie à force atomique

Nanotubes

Mots clés libres

Transistors à nanotube de carbone

Résumé

Le but de cette thèse est de caractériser des transistors à nanotube de carbone (CNTFETs) par des mesures de transport couplées aux techniques électriques dérivées de la microscopie à force atomique (microscopie à force électrostatique et microscopie à sonde de Kelvin). Ici, les CNTFETs sont utilisés comme détecteur de charges locales injectées directement par une pointe AFM à une centaine de nanomètres du nanotube. La réponse électrique à cette perturbation de charges est relevée par la mesure des caractéristiques de transfert et indique un effet de grille opposé à celui attendu par le signe des charges injectées. L'imagerie des potentiels de surface du dispositif permet l'observation de la délocalisation sur toute la longueur du nanotube de charges de signe opposé à celles de la tâche d'injection. De plus, suite aux injections de charges, un phénomène périodique résonant apparaît dans les caractéristiques de transfert. Nous proposons une explication en termes d'effet tunnel inélastique lors de l'injection des porteurs dans le CNTFET à travers le contact Schottky en présence de charges à l'interface nanotube/SiO2.

The aim of this thesis is to characterize Carbon Nanotube Field Effect Transistors (CNTFETs) with both electronic measurements and electrical scanning probe microscopy (Electrostatic Force Microscopy and Kelvin Force Probe Microscopy). Here, CNTFETs are used as a detector of charges. Theses charges are directly injected from an AFM tip to the silicon dioxide layer in the vicinity of the nanotube (typically 200e at 200 nm). Electrical response to this perturbation shows an opposite gate effect with one expected from the sign of injected charges. Surface potential imaging leads to the observation of a delocalization ail along the nanotube of opposite charges in comparison with those injected. Moreover, after charge injection, periodical resonance phenomena appear in transfer characteristics. An explication is given based on inelastic tunnel effect through the Schottky contact during carriers injection in the CNTFET when charges are stored at the nanotube/SiO2 interface.