Mesoscopic electromagnetic model of carbon-nanotube arrays and scalable technological processes : Application to the fabrication of novel antennas

Discipline

Électronique des Hautes Fréquences et Optoélectronique

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

modèles et modélisation, antennes (électronique), électromagnétisme, nanomatériaux, microélectronique, dépôt chimique en phase vapeur (CVD)

Mots-clés

électromagnétisme - Thèses et écrits académiques,

Systèmes mésoscopiques - Thèses et écrits académiques,

Antennes (électronique) - Thèses et écrits académiques,

Nanotubes - Thèses et écrits académiques,

Dépôt chimique en phase vapeur - Thèses et écrits académiques,

Matériaux nanostructurés - Thèses et écrits académiques,

Photoélectricité - Thèses et écrits académiques,

Microélectronique - Thèses et écrits académiques,

Nanoélectronique - Thèses et écrits académiques

Nous présentons une étude de faisabilité d'antennes innovantes basées sur les propriétés particulières des nanotubes de carbone (NTC). Celles-ci pourraient permettre une amélioration des performances des antennes électriquement courtes mais aussi le développement de systèmes innovants tels que des réseaux réflecteurs à commande optique. Ce pourrait aussi être une technologie intéressante pour les applications en plein essor dans les domaines des ondes millimétriques et terahertz. Des avancées significatives ont été réalisées suivant les quatre axes interdépendants qui régissent ces antennes : modélisation des NTC, analyse des antennes basées sur les NTC, fabrication à partir de NTC et caractérisation. Ceci nous a permis d'une part de concevoir et de fabriquer les premiers prototypes d'antennes électriquement courtes à base de NTC et d'autre part de mettre en évidence des tendances dans la réponse des NTC sous illumination. En effet, en utilisant une approche mésoscopique, nous avons développé un modèle électromagnétique original pour les ensembles de nano-éléments alignés, en particulier les NTC, permettant leur intégration dans des logiciels de simulation électromagnétique classiques et donc la mise en correspondance des possibilités de fabrication et de simulation. En parallèle nous avons reproduit et développé des méthodes de croissance et de dépôt de NTC et établi des procédés de fabrication pouvant être adaptés à grande échelle. De plus, un modèle analytique des antennes monopôles à base de NTC a été établi à partir d'une approche ligne de transmission. Ces techniques nous ont permis de mettre en avant les compromis nécessaires dans la conception d'antennes de taille réduite à base de NTC et ainsi de concevoir et fabriquer de premiers prototypes. Elles ont aussi été appliquées à la fabrication de structures de test pour une caractérisation des NTC sous illumination. Ceci nous a permis de mettre en évidence les conditions optimales pour générer un courant photoélectrique dans les NTC et d'évaluer les performances pouvant être attendues comme base pour de futurs systèmes.