Nanoparticles et Nanoélectronique

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1 Nanoparticles et Nanoélectronique H. Aubin 1

2 TABLE DES MATIERES Propriétés Physiques Propriétés Chimiques Exemples de Dispositifs - Blocage de Coulomb (SET logique electrostatique) - Réactivité Chimique (Capteurs) - Résonance Plasmon (Nano-antennes) - Plasticité Matériaux hybrides (Capteurs) 2

3 Propriétés Physiques Propriétés Faible Volume Blocage de Coulomb Dispositifs Transistor à un électron Logique électrostatique Résonances Etats électroniques individuels Vibration de la nanoparticule Résonance plasmon Large rapport Surface / Volume Role important des jonctions Inter-nanoparticules Nanoparticule-électrode Photo détecteurs - marqueurs Capteurs chimiques, pression 3 Or-Nano - Discussion Nanoélectronique -- 14/01/2013

4 Propriétés Chimiques Propriétés Dispositifs Réactivité importante Auto-assemblage Manipulation des interactions entre nanoparticules Van der Waals Electrostatique Assemblage programmé (ADN) Capteurs Catalytiques Manipulation des propriétés électroniques Barrière tunnel Etats de charge en surface Conformation (arrangement) des nanoparticules Marquage/Fonctionnalisation 4 Or-Nano - Discussion Nanoélectronique -- 14/01/2013

5 Blocage de Coulomb Transistor à un électron Cahier des charges Taille contrôlée énergie électrostatique Température ambiante Maitrise de l environnement électrostatique Contrôle de l assemblage 5

6 Kuemmeth, F.; Ralph, D. C. Measurement of Discrete Energy-level Spectra in Individual Chemically Synthesized Gold Nanoparticles. Nano letters 2008, 8,

7 Khondaker, The Fabrication of Single-electron Transistors Using Dielectrophoretic Trapping of Individual Gold Nanoparticles. Nanotechnology 2010, 21,

8 Dielectrophoresis trapping of nanoparticles The electric field gradient at the nanogap can be used to trap the nanoparticles 8 Or-Nano - Discussion Nanoélectronique -- 14/01/2013

9 Lin, Y.-C.; Bai, J.; Huang, Y. Self-aligned Nanolithography in a Nanogap. Nano letters 2009, 9,

10 Coskun, G. Single-electron Transistors Made by Chemical Patterning of Silicon Dioxide Substrates and Selective Deposition of Gold Nanoparticles. Applied Physics Letters 2008, 93,

11 Bernand-Mantel, a; A Versatile Nanotechnology to Connect Individual Nano-objects for the Fabrication of Hybrid Singleelectron Devices. Nanotechnology 2010, 21,

12 Q. Yu et al. (ACS Nano) opening of the valve < 1 ms bias voltage = 0.1 V Current measured 10s after the projection Threshold=0.01nA 12 Or-Nano - Discussion Nanoélectronique -- 14/01/2013

13 Okabayashi, N Charging Energy of Single-electron Transistors by Using Size-controlled Au Nanoparticles. Applied Physics Letters 2012, 100,

14 Ray, V.; Subramanian, CMOS-compatible Fabrication of Roomtemperature Single-electron Devices. Nature nanotechnology 2008, 3,

15 Kobayashi, M.; Hiramoto, T. Experimental Study on Quantum Confinement Effects in Silicon Nanowire Metal-oxide-semiconductor Field-effect Transistors and Single-electron Transistors. Journal of Applied Physics 2008, 103,

16 Blocage de Coulomb - Perspectives d applications SET FET très sensible Electronique hybride CMOS Logique electrostatique Automaton cellulaire (Likharev et al.) Pas de dissipation d énergie 16

17 Chan, K. C.; Lee, P. F.; Dai, J. Y. Mesoscopic Phenomena in Au Nanocrystal Floating Gate Memory Structure. Applied Physics Letters 2009, 95,

18 Franke, M.Metal and Metal Oxide Nanoparticles in Chemiresistors: Does the Nanoscale Matter? Small 2006, 2, Franke, M.Metal and Metal Oxide Nanoparticles in Chemiresistors: Does the Nanoscale Matter? Small 2006, 2,

19 Diao, J. J.; Cao, Q. Gold Nanoparticle Wire and Integrated Wire Array for Electronic Detection of Chemical and Biological Molecules. AIP Advances 2011, 1,

20 Nakanishi, H.; Photoconductance and Inverse Photoconductance in Films of Functionalized Metal Nanoparticles. Nature 2009, 460,

21 Alibart, F.; An Organic Nanoparticle Transistor Behaving as a Biological Spiking Synapse. Advanced Functional Materials 2010, 20,

22 Propriétés optiques (Résonance Plasmon) Environnement chimique Capteurs Nano-Antennes En solution Milieux biologiques Programmable 22

23 Lu, Y.; Y. Synthesis and Self-Assembly of SiO 2 Core Shell Colloids. 2002,

24 Propriétés mécaniques Jauges de pression Filtration 24

25 He, J.; Jaeger, H. M. Diffusion and Filtration Properties of Selfassembled Gold Nanocrystal Membranes. Nano letters 2011, 11, Or-Nano - Discussion Nanoélectronique -- 14/01/2013

26 Mueggenburg, K. E; Jaeger, H. M. Elastic Membranes of Closepacked Nanoparticle Arrays. Nature Materials 2007, 6, Or-Nano - Discussion Nanoélectronique -- 14/01/2013

27 Herrmann, JNanoparticle Films as Sensitive Strain Gauges. Applied Physics Letters 2007, 91,

28 Farcau, C L. High-sensitivity Strain Gauge Based on a Single Wire of Gold Nanoparticles Fabricated by Stop-and-go Convective Self-assembly. ACS nano 2011, 5, Or-Nano - Discussion Nanoélectronique -- 14/01/2013

29 Bio - Medical Marquage Destruction cellules par chauffage assisté par nanoparticules d or 29

30 Forme Sonde Electrique DC (Coulomb) Capteur Chimique Jauge de pression SET Capteur Chimique Jauge de pression?? SET Electrique RF (Etats electroniques Vibrations)???????? Optique (Plasmon) Capteurs chimique Marqueurs (biologique) Capteur Chimique Jauge de pression?? Guide d onde 30