Photonique des nanotubes de carbone sur silicium - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2010

Carbon nanotubes photonics on silicon

Photonique des nanotubes de carbone sur silicium

Étienne Gaufrès

Résumé

Semiconducting single wall carbon nanotubes (s-SWNT) have recently attracted a lot of interest due to their tunable direct band gap, making them first-rate candidate for new optoelectronic and photonic applications at telecom wavelengths. In this focus, the objective of the thesis was the determination of semiconducting carbon nanotube optical properties as a function of environment, especially the influence of metallic nanotubes. The selective extraction of semiconducting nanotubes, performed in collaboration with AIST Tsukuba in Japan, led to an enhancement of light emission and a reduction of optical absorption. Moreover, the first evidences of optical gain in (8,6) et (8,7) s-SWNT were demonstrated in highly purified semiconducting carbon nanotubes sample. The optical integration between silicon based nanostructures and carbon nanotubes as an active material was studied. The coupling of the photoluminescence from nanotubes into silicon waveguides was experimentally demonstrated. This work paves the way towards the realization of an integrated light source based on carbon nanotubes in silicon and on the long run, towards carbon nanotube photonics.
Depuis leur découverte, les nanotubes de carbone ont suscité un grand interêt pour leurs propriétés électroniques et optiques. Dans ce contexte, l'objectif de la thèse a été d'étudier les propriétés optiques des nanotubes de carbone semiconducteurs pour la réalisation de composants photoniques aux longueurs d'onde des télécommunications. La première partie de la thèse a concerné l'étude de la variation de l'absorption et la photoluminescence des s-SWNTs en fonction de l'environnement des nanotubes: surfactant, matrice solide, solution. A partir d'une méthode d'extraction des s-SWNTs, développée en collaboration avec l'AIST de Tsukuba au Japon, l'influence néfaste des nanotubes métalliques et des impuretés sur les propriétés optiques des s-SWNTs a également été mise en évidence. Les différentes caractérisations effectuées sur des couches minces hautement purifiées en s-SWNTs ont révélés une amélioration du signal de luminescence des nanotubes semiconducteurs d'un facteur 6. Ces résultats ont conduit dans une seconde partie à étudier l'émission des s-SWNTs en régime non linéaire. Un fort gain optique dans les nanotubes semiconducteurs a pu être ainsi démontré expérimentalement pour la première fois. La dernière partie des travaux de thèse a porté sur l'intégration de ces nanotubes de carbone dans des structures photoniques silicium. Une étude approfondie de l'absorption et de la photoluminscence des nanotubes déposés sur des guides d'onde silicium a été effectuée. Ces travaux expérimentaux ouvrent la voie vers la réalisation de sources de lumière intégrées sur silicium à base de nanotubes de carbone et à plus long terme vers une nouvelle photonique à base de nanotubes de carbone.
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Dates et versions

tel-00769727 , version 1 (03-01-2013)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00769727 , version 1

Citer

Étienne Gaufrès. Photonique des nanotubes de carbone sur silicium. Science des matériaux [cond-mat.mtrl-sci]. Université Paris Sud - Paris XI, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00769727⟩
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