NANOTUBES de Carbones

Contacts :

P. Legagneux, tel : 01 69 41 58 84, e-mail : pierre.legagneux@thalesgroup.com


Le but du TP Nanotubes est de faire découvrir de façon concrète la croissance contrôlée de Nanotubes de carbone multiparois sur un substrat ainsi que le fonctionnement de dispositifs à émission de champ utilisant ces nanotubes.

La croissance des nanotubes étudiés ici est une croissance catalytique, c’est à dire qu’elle s’effectue uniquement au niveau de nanoparticules de catalyseur.

Il s’agit donc dans un premier temps de contrôler la formation de particules catalytiques sur un substrat de silicium (voir fig.1).

 

Fig. 1 : Nanoparticules de Ni sur un substrat de Si

A partir de ces nanoparticules, on fait croître des nanotubes. Selon la méthode utilisée, on peut obtenir des forêts de nanotubes de type " spaguetti " (par CVD, voir fig. 2), des forêts de nanotubes orientés (par PECVD, voir fig. 3).

Il est de plus possible de localiser des plots de catalyseur sur le substrat. On parle alors de patterned PECVD (fig. 4).

Fig. 2 : Nanotubes obtenus par " chemical vapour deposition "

Fig. 3 : Nanotubes orientés obtenus par " plasma enhanced CVD "

Fig. 4 : Croissance patternée de Nanotubes orientés

 

En utilisant la Nanolithographie pour définir des plots de catalyseur de diamètre 100 nm, on obtient des réseaux de Nanotubes individuels et orientés verticalement. L’observation au microscope électronique à transmission (Fig.6) permet de définir leur structure. Il s’agit ici de Nanotubes multiparois qui présentent en leur sommet la particule de nickel. Cette particule a initiée leur croissance.

 

Fig. 5 : Réseaux de Nanotubes individuels et orientés verticalement

Fig. 6 : Vue au microscope à transmission d’un Nanotube multi parois et de la particule catalytique qui a initié sa croissance.

On étudiera également leurs propriétés d’émission de champ, c’est à dire leurs propriétés d’émettre des électrons sous vide. Pour ce faire on assemble le substrat avec les Nanotubes, un espaceur et une grille d’extraction (Fig.7). L’anode est en fait un écran phosphorescent sur lequel on image l’impact des électrons sur l’écran (Fig. 8). On étudie alors la courbe I(V) (Fig. 9) correspondant au courant d’anode en fonction de la tension de grille (fonctionnement en mode triode).

 

Fig. 7 : Triode à base de Nanotubes de carbone

Fig. 8 : Imagerie électronique au niveau de l’anode

Fig. 9 : Courbe I(V) d’une triode à base de Nanotubes de carbone