Etude de nano-systèmes électro-mécaniques (NEMS) à base de nanotubes de carbone pour applications hyperfréquences
Résumé
Since the discovery of carbon nanotubes and of their attractive electrical and mechanical characteristics in 1991 by Sumio Iijima, many studies aimed their uses in all kinds of applications and in particular in electronics. Thus, we proposed to center our research tasks towards the use of carbon nanotubes, because of their exceptional mechanical and electrical properties, for the realization of electromechanical functions for ultra high frequencies applications (RF-NEMS). A first part of our work was thus dedicated to the study of the properties of carbon nanotubes and architectures of components potentially being able to lead to components RF-NEMS with performances and functionalities increased. The second part of our work concerned the development of methods of modeling and design protocols specifically adapted to the nanometric scale and the multi physical characters of these components. Developed software then allowed us to conceive and predict the performances of a carbon nanotubes based varactor that showed viability, circumventing the strong resistance presented by a unit nanotube, current bolt of this technology. Lastly, we proposed architectures of more complex ultra high frequencies functions such as a reconfigurable phase-converter which performances, predicted by the tools that we set up, showed the attractive character of carbon nanotubes in the realization of advanced and powerful electronic functions, with a strong potential awaited in term of switching time (being located in the range of the nanosecond).
Depuis la découverte des nanotubes de carbone en 1991 par Sumio Iijima et de leurs fascinantes caractéristiques électriques et mécaniques, de nombreuses études ont visé leurs utilisations dans toutes sortes d'applications et notamment en électronique. Ainsi, nous avons proposé d'axer nos travaux de recherche vers l'utilisation de nanotubes de carbone, de part leurs propriétés mécaniques et électriques exceptionnelles, pour la réalisation de fonctions électromécaniques pour des applications hyperfréquences (RF-NEMS). Une première partie de nos travaux a ainsi été dédiée à l'étude des propriétés des nanotubes de carbone et des architectures de composants pouvant potentiellement conduire à des composants RF-NEMS aux performances et fonctionnalités augmentées. La seconde partie de nos travaux a ainsi porté sur le développement de méthodes de modélisation et de protocoles de conception spécifiquement adaptés aux échelles et aux caractères multi physiques des composants. Un logiciel développé nous a ainsi permis de concevoir et de prédire les performances d'une capacité variable à base de nanotubes de carbone, dont nous avons démontré la viabilité contournant ainsi la forte résistance présenté par un nanotube unitaire, verrou actuel de cette technologie. Enfin, nous avons proposé les architectures de fonctions hyperfréquences plus complexes telle qu'un déphaseur accordable dont les performances, prédites par les outils que nous avons mis en place, démontrant l'attrait des nanotubes de carbone pour la réalisation de fonctions d'accord évoluées et performantes, avec un fort potentiel attendu au niveau de temps de réaction (se situant dans le domaine de la nanoseconde).
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