Synthèse par implantation ionique, adressage, caractérisations électriques et optiques d'un nombre réduit de nanocristaux de Si dans SiO2

par Carine Dumas

Thèse de doctorat en Micro nano systèmes

Sous la direction de Jérémie Grisolia.

Soutenue en 2008

à Toulouse, INSA .


  • Résumé

    Ce travail est consacré à la synthèse localisée et contrôlée de nanocristaux de Si dans une couche de SiO2 (<10 nm) par deux techniques d’implantation ionique. D’une part, l’implantation ionique à basse énergie (1keV) suivie d’un recuit thermique (ULE-II) permet d’élaborer un plan de nanocristaux dans une couche d’oxyde, d’autre part l’ULE-II couplée à la lithographie stencil (méthode originale SMULE- II) permet de les synthétiser localement et de contrôler leur nombre. Les caractérisations par MEB, AFM, EFTEM, spectroscopie de photoluminescence permettent l’étude structurale des nanocristaux (taille, forme, densité, position dans l’oxyde, caractéristiques des zones implantées localement…). Puis, des capacités MOS de taille micro à nanométrique en adressent un certain nombre (grand 108 à réduit 50). Les études I-V et I-t réalisées à température ambiante mettent en évidence des effets de chargement collectif (nanocristaux adressés en grand nombre ou connectés) et discret (nanocristaux en faible nombre (<200) ou formés localement et oxydés). Un modèle électrique permet de corréler les caractéristiques électriques et structurales. De plus, les études I-V réalisées à basse température et les mesures KFM confirment que les charges sont certainement stockées préférentiellement dans les nanocristaux. Pour finir, les effets de stockage de charge des mesures C-V confirment l’intérêt des nanocristaux de Si (élaborés par ULE-II ou SM-ULE-II) pour des dispositifs mémoires non volatiles, et les électrodes transparentes (ITO et ZnO) prouvent qu’il sera possible de les exciter optiquement et de les adresser électriquement afin de réaliser des dispositifs électro-optiques

  • Titre traduit

    Ion implantation synthesis, addressing, electrical and optical characterizations of a reduced number of Si nanocrystals into SiO2 layer


  • Résumé

    This work is dedicated to the localized synthesis of a controlled number of Si nanocrystals into SiO2 layer, by two ion implantation methods. On the one hand, the ultra low energy ion implantation followed by thermal annealing (ULE-II) leads to create a two dimensional array of nanocrystals ; On the other hand, the original SM-ULE-II method where ULE-II is performed through a stencil mask leads to fabricate localized areas of Si nanocrystals while controlling their number. Characterizations by SEM, AFM, EFTEM, photoluminescence spectroscopy allow studying the structural properties of the nanocrystals (size, density, shape, localization into the oxide, implanted areas characteristics,. . ). Then, a reduced number of nanocrystals elaborated by ULE-II (108 to 50) or SM-ULE-II is addressed by a micro to nanometer MOS capacitor. Room temperature I-V and I-t measurements exhibit collective charging effects (large number of nanocrystals addressed or connected nanocrystals) and discrete charging effects (a few number of nanocrystals or nanocrystals elaborated by SM-ULE-II and oxidized). An electrical model relates the electrical and structural properties. I-V characterizations realized at low temperature and KFM measurements confirm charge storage essentially into nanocrystals. C-V curves prove that nanocrystals are attractive to non volatile memory applications, and using transparent electrode (ZnO or ITO), nanocrystals can be optically excited and electrically addressed in order to create electro optical components

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Informations

  • Détails : 1 vol. (262 p.)
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées. Bibliothèque centrale.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2008/ /DUM
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