Transport électronique couplé à la microscopie en champ proche des transistors à nanotube de carbone: application à la détection de charges

A carbon nanotube is a tubular molecule with electronic and quantic properties very passionating. When a nanotube is used as conduction channel of a transistor, it is possible to detect electricaly the presence of charges stored at the vicinity, creating then an ultime non volatile memory device. In this thesis, we present carbon nanotube field effect transistors (CNTFETs) used for charge detection, all the experiments imaged by Kelvin force microscopy. The calibration of the KFM probe done on CNTFETs is also presented. Transport measurements are then coupled to the surface potentials mapping of the devices. Electric charges are injected at the vicinity of the carbon nanotube using a metallic AFM tip and directly stored into the SiO2. Electrical measurements of the CNTFETs show an opposite gate effect expected by the injected charges. The explanation is given by the KFM detection that allows us to see the stored charges in the nanotube environment. They are found to be opposite to those injected. In a last part, a phenomenological study is done on the periodical resonances measured in carbon nanotube electrical measurements. Knowing the CNTFET electrostatic lever arm determined by KFM, we quantitatively evaluate that phenomenon to optical phonons energy of carbon nanotube and SiO2. A Franck-Condon-like statistic considering N diffusing sites is applied to these resonances and allow, in a first approximation to evaluate the electron-phonon interaction of our devices.Un nanotube de carbone est une molécule tubulaire dont les propriétés électroniques et quantiques sont tout à fait remarquables. Lorsqu'il est utilisé en tant que canal de conduction d'un transistor à effet de champ, il est possible de détecter électriquement la présence de charges stockées à proximité de celui-ci, permettant ainsi la création d'une mémoire non-volatile ultime. Dans cette thèse, nous présentons les travaux réalisés sur des transistors à nanotubes (CNTFETs) utilisés pour la détection de charges, le tout imagé par microscopie à force de Kelvin (KFM). Le calibrage de la sonde KFM sur des CNTFETs y est egalement présenté. Les mesures de transport sont ainsi couplées à la cartographie des potentiels de surface du nanodispositif. Les charges électriques sont injectées à proximité d'un nanotube de carbone à l'aide d'une pointe métalisée d'un microscope à force atomique (AFM) et directement stockées dans la surface de SiO2. Les mesures électriques du CNTFET montrent un effet de grille inverse à celui attendu par le signe des charges injectées. L'explication est donnée par la détection KFM qui permet l'observation de charges stockées dans l'environnement du nanotube et de signe opposé à celles injectées. Dans une dernière partie, une étude phénoménologique est effectuée sur l'apparition de résonances périodiques dans les caractéristiques de transfert des nanotubes. Par la connaissance du bras de levier du CNTFET déterminé par le KFM, ces résonances sont quantitativement évaluées à l'énergie des phonons optiques longitudinaux des nanotubes de carbone et du SiO2. Une statistique de type Franck Condon en considérant la présence de N sites diffuseurs est appliquée sur ces résonances et permettent, dans une première approximation, d'évaluer l'intéraction électron-phonon de notre dispositif