La mobilité extrême des porteurs de charges, le transport balistique et la compatibilité avec les CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) fait des nanotubes de carbones (CNTs) des candidats prometteurs pour remplacer le canal silicium des transistors HF. Cependant, les CNTs métalliques sont des matériaux à bande interdite nulle ce qui limite leur utilisation en nanoelectronique HF. Des premiers travaux théoriques et expérimentaux ont prédit puis confirmé l'ouverture de la bande interdite des CNTs métalliques sous l'effet d'une déformation. Ainsi, le développement d'une déformation contrôlée et répétitive des CNTs permettrait de manipuler de manière appropriée leur structure de bande et par conséquent de développer des dispositifs semiconducteurs HF performants. Cependant, il y a un une difficulté pour adapter les méthodes de laboratoire pour appliquer une contrainte aux besoins de la production de masse. Dans ce travail, nous avons proposé une méthode de type « bottom-up » pour le transfert de la contrainte aux matériaux, qui est potentiellement compatible avec ces applications technologiques avancées. Les CNTs déposés et nanostructurés sur la surface plane d'un wafer de silicium oxydé, qui a été implanté au préalable avec des ions H⁺ et He⁺, sont déformés de manière anisotrope par les cloques produite après recuit thermique [1]. Les cloques apparaissent sous la surface après la formation activée thermiquement de micro-fissures remplies de gaz et relaxées élastiquement par déformation de la surface. La déformation des CNTs est manipulée à l'échelle locale (< 1µm) en modifiant le rapport hauteur/rayon des cloques imposé par les conditions d'implantations et de recuits [2-4]. En utilisant la spectroscopie Raman résonnante, nous avons démontré que les CNTs, fixées à leurs extrémités par des contacts, se déforment sur les cloques jusqu'à une valeur de 0.15 ± 0.03% qui est en bon accord avec la valeur déduite des dimensions des cloques. Cette approche pourrait devenir un outil puissant pour l'élaboration d'autres matériaux 1D et 2D aux propriétés optiques ou électriques prédéterminées. Ces résultats ont été publiés dans Nanotechnology [1].

Références

[1] A bottom-up approach for controlled deformation of carbon nanotubes through blistering of supporting substrate surface,
V. S. Prudkovskiy, F. Iacovella, K. P. Katin, M. M. Maslov, and N. Cherkashin,
Nanotechnology 29 (36), 365304 (2018).
https://doi.org/10.1088/1361-6528/aacc5d

[2] “Impact of He and H relative depth distributions on the result of sequential He+ and H+ ion implantation and annealing in silicon”
N. Cherkashin, N. Daghbouj, G. Seine, A. Claverie,
J. of Appl. Phys. 123 (16), 161556 (2018).

[3] “Effect of the order of He⁺ and H⁺ ion co-implantation on damage generation and thermal evolution of complexes, platelets, and blisters in silicon”,
N. Daghbouj, N. Cherkashin, F.-X. Darras, V. Paillard, M. Fnaiech, A. Claverie,
J. of Appl. Phys. 119 (13), 135308 (2016).

[4] “Cracks and blisters formed close to a silicon wafer surface by He-H co-implantation at low energy”,
N. Cherkashin, N. Daghbouj, F.-X. Darras, M. Fnaiech, A. Claverie,
J. of Appl. Phys. 118, 245301 (2015).

Contacts

Dr. Nikolay Cherkashin, CEMES (CNRS)
nikolay.cherkashin chez cemes.fr