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Université Paris-Sud – Paris XI

1. Boukhicha, Rym. Croissance et caractérisation des nanofils de silicium et de germanium obtenus par dépôt chimique en phase vapeur sous ultravide : Growth and caracterization of silicon and germanium nanowires obtained by ultra high vacuum chemical vapor deposition.

Degree: Docteur es, Physique, 2011, Université Paris-Sud – Paris XI

Les nanofils de silicium et de germanium présentent un fort potentiel technologique, d’autant plus important que leur position et leur taille sont contrôlées. Dans le cadre de cette thèse, la croissance de ces nano-objets a été réalisée par dépôt chimique en phase vapeur sous ultravide à l’aide d’un catalyseur d’or via le mécanisme vapeur-liquide-solide.Dans un premier temps, différentes techniques, le démouillage d’un film mince, l’évaporation par faisceau d’électrons et l’épitaxie par jet moléculaire, ont été mises en œuvre pour l’obtention du catalyseur métallique pour la croissance des nanofils.Dans un deuxième temps, la cinétique de croissance des nanofils de silicium a été étudiée en fonction de la pression, de la température de croissance et du diamètre des gouttes. Le gaz précurseur qui a été utilisé est le silane. Cette étude a permis de déterminer un diamètre critique de changement de direction de croissance, au-dessus duquel les nanofils sont épitaxiés sans défauts cristallins et préférentiellement selon la direction <111>. Le diamètre critique a été estimé à 80 nm. La cinétique de croissance en fonction de la pression a pu être interprétée de façon satisfaisante par la relation de Gibbs-Thomson. Ceci a permis la détermination du coefficient de collage des molécules de silane sur la surface de l'or et la pression de vapeur saturante du silicium P∞. Le changement morphologique de la section du nanofil et la distribution de nanoclusters d’or sur les parois ont été aussi détaillé à l’aide d’analyses par microscopie électronique en transmission.L’intégration des nanofils dans un dispositif nécessite de pouvoir les connecter. Pour les localiser et les orienter, un procédé basé sur le procédé d’oxydation localisée du silicium est proposé, pour former des ouvertures Si(111), à partir d’un substrat Si(001). Les gouttes d’or sont alors localisées dans ces ouvertures et vont servir à la croissance de nanofils orientés suivant une seule des directions [111]. Enfin, la cinétique de croissance de nanofils de germanium a été étudié. La limitation de l’utilisation du germane dilué à 10% dans l’hydrogène dans notre système d’épitaxie UHV-CVD a été démontrée. Compte tenu de notre dispositif expérimental, le gaz précurseur a été changé pour du digermane dilué à 10% dans de l’hydrogène afin de favoriser une croissance verticale de nanofils de Ge. Ceci nous a permis d’élaborer des nanofils de Ge avec des vitesses de croissance pouvant atteindre 100 nm/min. Des analyses structurales montrent l’existence d’un évasement des nanofils. Ceci est engendré par la présence d’une croissance latérale qui augmente avec la température. Comme dans le cas des nanofils de Si, nous observons la présence de l’or sur les parois latérales des nanofils. Cependant la présence de l’or est limitée à la partie supérieure des nanofils. Cette diffusion des nanoclusters d’or sur les parois peut être diminuée en augmentant la pression de croissance. En outre, l’étude de la vitesse de croissance des nanofils de Ge en fonction du rayon des gouttes d’or a… Advisors/Committee Members: Bouchier, Daniel (thesis director).

Subjects/Keywords: Silicium; Germanium; Croissance UHV-CVD; Nanofils; Catalyseur; Or; Digermane; Silicon; Germanium; UHV-CVD Growth; Nanowire; Catalyst; Gold; Digermane

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APA (6th Edition):

Boukhicha, R. (2011). Croissance et caractérisation des nanofils de silicium et de germanium obtenus par dépôt chimique en phase vapeur sous ultravide : Growth and caracterization of silicon and germanium nanowires obtained by ultra high vacuum chemical vapor deposition. (Doctoral Dissertation). Université Paris-Sud – Paris XI. Retrieved from http://www.theses.fr/2011PA112023

Chicago Manual of Style (16th Edition):

Boukhicha, Rym. “Croissance et caractérisation des nanofils de silicium et de germanium obtenus par dépôt chimique en phase vapeur sous ultravide : Growth and caracterization of silicon and germanium nanowires obtained by ultra high vacuum chemical vapor deposition.” 2011. Doctoral Dissertation, Université Paris-Sud – Paris XI. Accessed December 08, 2019. http://www.theses.fr/2011PA112023.

MLA Handbook (7th Edition):

Boukhicha, Rym. “Croissance et caractérisation des nanofils de silicium et de germanium obtenus par dépôt chimique en phase vapeur sous ultravide : Growth and caracterization of silicon and germanium nanowires obtained by ultra high vacuum chemical vapor deposition.” 2011. Web. 08 Dec 2019.

Vancouver:

Boukhicha R. Croissance et caractérisation des nanofils de silicium et de germanium obtenus par dépôt chimique en phase vapeur sous ultravide : Growth and caracterization of silicon and germanium nanowires obtained by ultra high vacuum chemical vapor deposition. [Internet] [Doctoral dissertation]. Université Paris-Sud – Paris XI; 2011. [cited 2019 Dec 08]. Available from: http://www.theses.fr/2011PA112023.

Council of Science Editors:

Boukhicha R. Croissance et caractérisation des nanofils de silicium et de germanium obtenus par dépôt chimique en phase vapeur sous ultravide : Growth and caracterization of silicon and germanium nanowires obtained by ultra high vacuum chemical vapor deposition. [Doctoral Dissertation]. Université Paris-Sud – Paris XI; 2011. Available from: http://www.theses.fr/2011PA112023

2. Marchand, Mickaël. Synthèse in-situ et caractérisation de nanotubes de carbone individuels sous émission de champ : In-situ growth and characterization of individual carbon nanotubes by field emission.

Degree: Docteur es, Physique des matériaux, 2009, Université Claude Bernard – Lyon I

L'étape clé pour intégrer des nanotubes de carbone à une échelle industrielle demeure un meilleur contrôle de leur croissance et notamment le contrôle sélectif de leurs chiralités en lien avec leurs propriétés électroniques. Ce travail a pour but de s'intéresser à la synthèse in-situ et à la caractérisation de nanotubes de carbone individuels par émission de champ pour mieux comprendre les mécanismes de nucléation et de croissance qui conditionnent sa chiralité. Nous avons développé un microscope à émission de champ couplé à un réacteur CVD (Chemical Vapor Deposition) pour observer directement la croissance catalytique de nanotubes de carbone individuels sur des pointes émettrices. Nous avons ainsi découvert que les nanotubes tournent souvent axialement pendant leur croissance, soutenant ainsi un modèle de « dislocation de vis ». L’analyse détaillée des résultats obtenus montre que nous observons directement la croissance atome par atome d'un nanotube monofeuillet individuel avec ajout d’un dimère de carbone à la fois à sa base. Parallèlement, des échantillons ont été caractérisés en détail sous émission de champ. Nous avons établi un protocole de collage de nanotubes individuels à l’apex d’une pointe métallique sous microscopies optique et électronique à balayage à l’aide d’un nanomanipulateur. Leur dépendance en température à très bas courant a été mise en évidence avec un compteur d’électrons afin d'identifier les différents domaines d'émission électronique. L'analyse des distributions énergétiques a fait apparaître un phénomène de chauffage induit qui peut mener à des températures de l’ordre de 2000 K à l’extrémité du nanotube lorsqu’il est soumis à un fort champ.

The key issue for realizing the potential of carbon nanotubes has always been, and still remains, a better control of their growth and in particular the selective control of their chirality related to their electronic properties. This work aims to address the in-situ synthesis and characterization of individual carbon nanotubes by field emission to better understand the mechanisms of nucleation and growth that determine their chirality. We have developed a field emission microscope coupled to a CVD reactor (Chemical Vapor Deposition) to observe directly the catalytic growth of individual carbon nanotubes on metallic tips. We found that nanotubes often turn axially during growth, thereby supporting a model of "screw dislocation". Detailed analysis of results shows that we directly observe the atom by atom growth of one individual single wall nanotube with addition of a carbon dimer to the base. In parallel, certain samples were characterized by in-depth field emission studies. For this we established a protocol of bonding individual nanotubes at the apexes of metal tips under optical and scanning electron microscopies using a nanomanipulator. Their temperature dependence at very low current has been demonstrated with an electron counter to identify the various fields of electron emission. Analysis of energy distributions revealed an induced heating…

Advisors/Committee Members: Purcell, Stephen Thomas (thesis director), Journet, Catherine (thesis director).

Subjects/Keywords: Nanotubes de carbone; Croissance; Microscopie à émission de champ; CVD; Ultra-vide; Synthèse in-situ; Chiralité; Nanomanipulation; Carbon Nanotube; Growth; Field emission microscopy; Chemical Vapor Deposition; Ultra High Vacuum (UHV); In-situ growth; Chirality; Nanomanipulation

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APA (6th Edition):

Marchand, M. (2009). Synthèse in-situ et caractérisation de nanotubes de carbone individuels sous émission de champ : In-situ growth and characterization of individual carbon nanotubes by field emission. (Doctoral Dissertation). Université Claude Bernard – Lyon I. Retrieved from http://www.theses.fr/2009LYO10198

Chicago Manual of Style (16th Edition):

Marchand, Mickaël. “Synthèse in-situ et caractérisation de nanotubes de carbone individuels sous émission de champ : In-situ growth and characterization of individual carbon nanotubes by field emission.” 2009. Doctoral Dissertation, Université Claude Bernard – Lyon I. Accessed December 08, 2019. http://www.theses.fr/2009LYO10198.

MLA Handbook (7th Edition):

Marchand, Mickaël. “Synthèse in-situ et caractérisation de nanotubes de carbone individuels sous émission de champ : In-situ growth and characterization of individual carbon nanotubes by field emission.” 2009. Web. 08 Dec 2019.

Vancouver:

Marchand M. Synthèse in-situ et caractérisation de nanotubes de carbone individuels sous émission de champ : In-situ growth and characterization of individual carbon nanotubes by field emission. [Internet] [Doctoral dissertation]. Université Claude Bernard – Lyon I; 2009. [cited 2019 Dec 08]. Available from: http://www.theses.fr/2009LYO10198.

Council of Science Editors:

Marchand M. Synthèse in-situ et caractérisation de nanotubes de carbone individuels sous émission de champ : In-situ growth and characterization of individual carbon nanotubes by field emission. [Doctoral Dissertation]. Université Claude Bernard – Lyon I; 2009. Available from: http://www.theses.fr/2009LYO10198

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