GROWTH KINETICS OF ORIENTED SINGLE-WALLED AND MULTI-WALLED CARBON NANOTUBES BY PECVD
CINETIQUE DE CROISSANCE DE NANOTUBES DE CARBONE MONO-PAROIS ET MULTI-PAROIS ORIENTES PAR PROCEDE PLASMA
Résumé
This work deals with the growth of vertically oriented single- and multi-walled carbon nanotube by electron cyclotron resonance plasma enhanced chemical vapour deposition (ECR-PECVD). The growth kinetics of carbon nanotubes by PECVD have been investigated, highlighting some of the specific aspect of the plasma species on the single or few walled carbon nanotubes (SWNT/FWNT) growth. Controlling the main plasma parameters (plasma potential, gaseous precursor) and growth stages, we have demonstrated that vertically oriented and well separated SWNT or FWNT can be grown. We have demonstrated that such structures can be synthesized on aluminium substrate at temperature as low as 450°C. The cold emission measurements on the as-grown SWNT/FWNT show a relative low turn-on voltage (~5 V.µm-1), strongly dependent to the nanotubes morphology (length, radius). Nanotubes structural investigations have been conducted as a function of the growth conditions using several analysis, working at local scale (transmission electron microscopy, electron energy loss spectroscopy) as well as macroscopic scale (scanning electron microscopy, X-ray/ultraviolet photoelectron spectroscopy, elastic recoil detection analysis, Raman spectroscopy).
Ce travail est consacré à la synthèse de nanotubes de carbone mono-parois et multi-parois orientés par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD). Des études cinétiques ont montré le rôle spécifique du plasma pour la croissance de nanotubes mono-parois (SWNT) ou possédant peu de parois (FWNT). En effet, les phénomènes de gravure physique et chimique, intrinsèques au procédé PECVD, favorisent la croissance des nanotubes multi-parois, structures plus robustes, au profit des SWNT/FWNT. En optimisant les paramètres du plasma (potentiel plasma, mélange des gaz) et le temps de dépôt, la croissance de SWNT/FWNT orientés peut être réalisée de manière contrôlée. De telles structures peuvent être obtenues à basse température (dès 450°C) sur des substrats recouverts d'aluminium. Les mesures d'émission par effet de champ des SWNT/FWNT orientés montrent des tensions de seuil peu élevées (~5 V.µm-1) corrélées avec la morphologie des nanotubes (longueur, rayon). De nombreuses techniques d'analyses ont été utilisées pour étudier la structure des nanotubes aussi bien à l'échelle locale (microscope électronique à transmission, spectroscopie de perte d'énergie des électrons) qu'à l'échelle macroscopique (microscope électronique à balayage, spectroscopie de photoélectrons ultraviolets/X, analyse par détection des atomes de recul, spectroscopie Raman).
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