Transistors à nanotube de carbone unique : propriétés dynamiques et détection d'électrons uniques - Physique Mésoscopique Access content directly
Theses Year : 2009

Single carbon nanotube transistor : dynamicals properties and single charge resolution

Transistors à nanotube de carbone unique : propriétés dynamiques et détection d'électrons uniques

Julien Chaste

Abstract

This PHD, done at LPA by Julien Chaste, introduces the dynamic analysis of a carbon nanotube field effect transistor (NT-FET). The objective is the measurement of the NT-FET charge resolution δqrms.
Quantization in the nanotube affects both the conductance, the transconductance gm, the gate capacitance Cg and especially the cut-off frequency ωt=gm/Cg by the kinetic inductance effect.
The two experimental set-ups, at 4K and at 300K, and the NT-FET sample fabrication integrated powerful solutions to solve the impedance matching problem and allowed to measure the transmission between 0,1 and 1,6GHz as well as gm,Cg et ωt. Cut-off frequencies of 50GHz were even measured.
Furthermore the transistor noise coloration (0,2-0,8GHz) has been characterized at 4K. The ON-state noise has a poissonian origin (F=1) and shows some saturation effects due to optical phonons.
All this work can be summarized by the value δqrms of the NT-FET charge resolution which is low enough to detect one charge in one nanosecond.
Cette thèse, effectuée au LPA par Julien Chaste, présente l'analyse dynamique d'un transistor à effet de champ en nanotube de carbone (NT-FET) dans la perspective de mesurer sa résolution de charge δqrms.
La quantification des électrons dans le nanotube joue un rôle sur la limitation de la conductance, de la transconductance gm, de la capacité de grille Cg et en particulier sur la limitation de la fréquence de coupure ωt=gm/Cg par l'inductance cinétique du canal.
Les deux montages expérimentaux, l'un à 300K et l'autre à 4K, ainsi que la fabrication des NT-FET ont intégré des solutions efficaces au problème de désadaptation d'impédance et ont permis de mesurer la transmission entre 0,1 et 1,6GHz ainsi que gm,Cg et ωt. Des fréquences ωt =50GHz ont même été mesurées.
De plus, la coloration du bruit (0,2-0,8GHz) du transistor à 4K a été déterminée. Le bruit mesuré en mode ouvert est d'origine poissonienne (F=1) et montre des effets de saturation dues aux phonons optiques.
L'ensemble de ce travail a prouvé que la résolution de charge δqrms du NT-FET est suffisante pour détecter des charges uniques en une nanoseconde
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Dates and versions

tel-00420915 , version 1 (30-09-2009)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00420915 , version 1

Cite

Julien Chaste. Transistors à nanotube de carbone unique : propriétés dynamiques et détection d'électrons uniques. Matière Condensée [cond-mat]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00420915⟩
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