Nanotechnologies associées à la caractérisation et à la mesure d'un nanotube de carbone

par Mathieu Sagnes

Thèse de doctorat en Nanophysique, nanocomposants, nanomesures

Sous la direction de Jean-Marc Broto et de Bertrand Raquet.

Soutenue en 2004

à Toulouse, INSA .

mots clés

• Alignement
• Nanotechnologie
• Électronique moléculaire
• Lithographie par faisceau d'électrons
• Microscopie électronique
• Membranes (technologie)
• Dépôts physiques

Résumé

Les travaux présentés dans cette thèse traitent des étapes nécessaires à la connexion et à l'analyse structurale de nano-objets : les nanotubes de carbone. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés aux contraintes et impératifs qui ont dus être pris en compte lors du développement et de la réalisation des échantillons. Ces échantillons représentent la base sur laquelle nous allons réaliser le dépôt et la connexion de nanotubes de carbone. Ces échantillons sont réalisés en faisant appel aux méthodes de fabrication parallélisée issues de la technologie silicium. Le peignage moléculaire nous permet de contrôler l'orientation et la densité d'objets déposés. Les paramètres critiques associés à ces dépôts ont été déterminés et leurs influences discutées. Après dépôt et repérage par AFM, les objets sont connectés aux échantillons par le biais d'électrodes nanométriques réalisées par lithographie électronique à haute résolution. Enfin, nous avons développé une technologie pour la réalisation de membranes d'épaisseur nanométrique, alignables et compatibles avec l'étape de connexion par lithographie électronique. L'utilisation de telles membranes permet de caractériser les nanotubes de carbone structurellement et morphologiquement tout en ayant la possibilité d'évaluer leurs propriétés de transport électronique. Plusieurs types de grilles électrostatiques ont été adaptés pour permettre une investigation approfondie de la structure de bande des nanotubes par mesure de conductivité. Enfin, plusieurs investigations croisées entre structure et propriétés de transport électronique sous 60T ont permis de valider ces technologies.

Titre traduit

Nanotechnologies for the characterisation and measurement of carbon nanotubes

Résumé

We studied the different steps involved in the connexion and structural analysis of carbon nanotubes. In a first step, we developed the process required for the production of our substrates. Those substrates are the cornerstone on which deposition and connexion of the carbon nanotubes will happen. Those samples are produced thanks to the parallelized production means of the silicon technology. Molecular combing allowed us to control orientation and density of the nanotubes. The critical parameters associated with this kind of deposition and their influence have been determined. After deposition and registration through AFM observation, the nanotubes are connected thanks to nanometer sized electrodes patterned by high resolution electron beam lithography. We also developed a process for the realisation of nanometer thick membranes. Those membranes are to be aligned on the electrodes patterns and compatible with the nanoconnexion process. Such membranes allow us to structurally characterize the very nanotube that is to be measured by transport measurements. Different kind of electrostatic gates have also been developed to enable a more in-depth probing of the band structure through conductivity measurements. At last, some cross investigations between transport measurement under 60T pulsed magnetic field and structural characterisation have been performed to validate the technologies developed during this thesis.