Vers la mesure de nano-objets uniques, réalisation de nanogaps par électromigration

Toward single nano-object measurement, fabrication of nanogaps by electromigration

• Auteur / Autrice : Stéphanie Girod
• Direction : François Montaigne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 30/01/2012
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Lamour (Nancy ; Vandoeuvre-lès-Nancy ; Metz)
• Jury : Président / Présidente : Hervé Rinnert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Franck Balestro, Jean-Luc Bubendorff
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bernard Doudin, Philippe Lafarge

Mots clés

Mots clés contrôlés

Effet tunnel

Microscopie à force atomique

Électrodiffusion

Nanostructures

Électronique moléculaire

Mots clés libres

Electromigration

Nanogaps

Nanofabrication

Microscopie à Force Atomique

Electronique Moléculaire

Conduction tunnel

Résumé

Au cours de ce travail de thèse, nous avons étudié la formation de nanogaps par électromigration dans des nanofils d'or. Cette technique consiste à provoquer la rupture d'un nanofil en lui appliquant de fortes densités de courant et peut être utilisée pour la caractérisation électrique de nano-objets. Néanmoins, les mécanismes de formation des nanogaps ne sont, à ce jour, pas encore totalement compris. L'étude en temps réel du processus d'électromigration par microscopie à force atomique a permis d'apporter un éclairage nouveau de la dynamique du processus. En effet, il apparaît que la structure globale du dispositif est définie dans les premiers temps de l'électromigration et nous avons montré que cette structure est directement liée à la microstructure du film métallique. Pour la première fois, des nanogaps ont été élaborés par électromigration dans des films monocristallins. Malgré l'absence de joints de grain, il est possible de former des nanogaps dans un matériau épitaxié. L'utilisation de ces matériaux permet d'obtenir des nanogaps avec une morphologie plus reproductible. Les propriétés de transports des nanogaps obtenus à partir de films polycristallins ont été caractérisées. Les caractéristiques obtenues présentent toutes des signatures particulières, attribuées à la présence d'agrégats d'or provenant de la procédure d'électromigration et/ou de polymères issus du procédé de nanofabrication. Ces résultats montrent la difficulté à réaliser des mesures à l'échelle de la molécule unique

We have studied the formation of nanogaps by électromigration of gold nanowires. Electromigration relies on large current densities to break a thin and narrow metallic wire and can be used for the electrical characterization of nanometer scale objects. Nevertheless, a complete description of the electromigration process is lacking. Real time atomic force microscopy during the electromigration process gave a new view the dynamic of the process. Indeed, this study reveals that the major structural changes appear at the early stage of the process and that the final global structure of the device is directly linked to the pre-existing microstructure. For the first time, we make nanogaps by électromigration of monocrystalline nanowires. We show that despite the lacking of grain boundaries, it is possible to form nanogaps in epitaxial materials. The morphology of those nanogaps is more reproducible. The electrical transport properties of the polycristalline nanogaps have been measured. The entire obtained characteristics show particular signature that can be attributed to the presence of gold cluster formed during the électromigration process and / or to polymer from the nanowire fabrication. These results show the difficulty to measure at the molecular scale