EBIC en champ proche et microscopie à force atomique à pointe conductrice : application à l’étude du transport électronique des boîtes quantiques

par Kacem Smaali

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Michel Troyon.

Soutenue en 2007

à Reims .


  • Résumé

    L’objet de l’étude concerne la mise en œuvre de techniques nouvelles de caractérisation électrique, l’EBIC en champ proche (EBIC = Electron Beam Induced Current) et la microscopie à force atomique à pointe conductrice (C-AFM), que nous avons appliquées à l’étude de nanostructures semiconductrices. Pour cela nous avons combiné un C-AFM développé au laboratoire à un microscope électronique à balayage à émission de champ permettant ainsi l’acquisition simultanée d’images topographiques et électriques sous différentes conditions de polarisation avec ou sans irradiation électronique. Nous avons montré que l’EBIC en champ proche peut atteindre une résolution de l’ordre de 20 nanomètres. En effet, en utilisant une pointe AFM conductrice pour récupérer le courant induit par le faisceau électronique, celle-ci formant une nanodiode Schottky avec le semiconducteur, la résolution est alors limitée par la taille du contact pointe-surface et non pas par le volume de génération comme dans le cas de l’EBIC classique. Nous avons notamment étudié en section transverse une jonction mince n-p+ avec une résolution inégalée jusqu’alors. Nous avons été capables d’identifier et localiser spatialement les trois régions de la jonction : la région dopée n, la zone de charge d’espace, la zone très mince p+ et de déterminer avec précision la largeur et le profil du dopage de cette dernière. Au niveau de la zone de charge d’espace, la jonction métallurgique et des défauts du type boucles de dislocations (EOR) provoquées par le traitement thermique d'activation ont pu être mis en évidence. De plus, la haute résolution latérale de l’EBIC en champ proche a été confirmée à travers la localisation de boîtes quantiques d’InAs/GaAs qui ont une dimension latérale de 20 nm. Enfin, l’application de ces différentes techniques (C-AFM et EBIC) aux boîtes quantiques InAs/InP et InAs/ GaAs et aux hétérojonctions de type III-V nous a permis d’effectuer la caractérisation structurale et électrique de boîtes quantiques individuelles et de mettre en évidence un effet d’écriture et d’effacement, avec effet mémoire temporaire pouvant durer plusieurs dizaines d’heures dans certains cas.

  • Titre traduit

    Near-field EBIC and conductive atomic force microscopy: application to the study of the electron transport of quantum dots


  • Résumé

    The aim of our study concerns the development and the utilisation of new electrical characterisation techniques, the scanning near-field EBIC (Electron Beam Induced Current) microscopy and the conductive atomic force microscopy (C-AFM), that we have applied to the study of semiconducting nanostructures. For that purpose we have combined a home-made C-AFM with a scanning electron microscope equipped with a field emission gun, allowing the simultaneous acquisition of topographic and electric images, under different conditions of voltage bias, with or without electron irradiation. We have shown that the resolution of near-field EBIC is of the order of 20 nm. Indeed, by using a conductive AFM probe to measure the electron beam induced current, the probe forming a nano-Schottky diode with the semiconductor, the resolution is limited by the size of the AFM probe-surface contact and not by the electron-matter interaction volume as in the case of the classical EBIC technique. We have in particular performed a cross-sectional study of a shallow n-p+ junction with a not previously obtained resolution. We have been able to identify and spatially localise the three regions of the junction: the n-doped region, the depletion region, the shallow p+ -doped region and to precisely determine the width and the doping profile of this one. The position of the metallurgical junction has also been determined inside the depletion layer as well as defects (dislocation loops) due to the annealing activation process. In addition, the high resolution of near-field EBIC has been confirmed by localising InAs/GaAs quantum dots having dimensions of about 20 nm. Finally, the application of these different techniques (C-AFM and near-field EBIC) to InAs/InP and InAs/ GaAs quantum dots and to III-V heterostructures has allowed us to perform structural and electrical characterisations of isolated quantum dots and to evidence a writing-erasing effect as well as a temporary memory effect able to last several tens of hours in certain cases.

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Informations

  • Détails : 165 f.
  • Annexes : Bibliogr. f.

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  • Bibliothèque : Université de Reims Champagne-Ardenne. Bibliothèque universitaire. Bibliothèque Moulin de la Housse.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 07REIMS003
  • Bibliothèque : Université de Reims Champagne-Ardenne. Bibliothèque universitaire. Bibliothèque Moulin de la Housse.
  • Disponible pour le PEB
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