Propriétés électroniques de transistors à nanotubes de carbone couplés à des nanocristaux de semiconducteurs

Ce travail de thèse décrit les propriétés électroniques de nanodispositifs couplés entre transistors à nanotubes de carbone (CNTFETs) et nanocristaux semiconducteurs colloïdaux CdSe/ZnS individuels en régime de détection de charge unique à température ambiante. Les transferts de charges élémentaires entre nanotubes et nanocristaux sont mis en évidence par les fluctuations temporelles du courant des transistors à tension de grille fixée, et font apparaître un signal à deux niveaux (bruit télégraphique ou RTS), observé sur des échelles de temps entre 1s et 0.1 ms. Les temps d’occupation τ des niveaux de courant suivent une loi de puissance P(τ)~τ-α où l’exposant α varie entre 1.5 et 4 (typiquement proche de 2.8). Cette observation suggère que les fluctuations de charges observées sont à la base des phénomènes de "clignotement optique" des nanocristaux colloïdaux étudiés. L’analyse spectroscopique des dispositifs permet d’attribuer ce clignotement à des pièges dans la bande interdite des nanocristaux, avec une énergie de chargement Ec de l’ordre de 200 meV. L’approche présentée dans ce travail peut être étendue à des mesures électro-optiques, et donc permettre une meilleure compréhension des phénomènes physiques contrôlant les propriétés optoélectroniques de nanodispositifs à base de nanocristaux semiconducteurs.We study the electronic properties of coupled semiconductor nanocrystals and carbon nanotubes. We report measurements of single electron transfers between single CdSe colloidal nanocrystal coupled to a carbon nanotube field effect transistor at room temperature in ambient conditions. The measurements consist of nanotube current level monitoring as a function of time for fixed gate voltage. We observe a sequence of high - low currents (random telegraph signal) on time scales up to several seconds with ms sampling time. We attribute the two level current fluctuations to the transfer of single electron onto the nanocrystal. The probability of the occupation time τ at the high or low current state follows a power law of the form P(τ)~τ-α where exponent α lies between 1.5 and 4 (typically close to 2.8). The observation suggests that the two-level current switching is similar to the fluorescence intermittency (optical blinking) observed in individual quantum dots. The spectroscopic analysis of the devices based on coupled semiconductor nanocrystals and carbon nanotubes is consistent with the charging of nanocrystal defect states with a charging energy of Ec ~ 200 meV. The approach developed here enables to probe the trap state dynamics in quantum dots in ambient air and room temperature from a purely electrical approach, and therefore to better understand the physics at hand in (opto)electronic devices based on quantum dots