Etudes optiques et électriques des propriétés électroniques de nano-cristaux de silicium pour composants mono-électroniques

= Optical and electrical studies of silicon dot properties for single electron devices

• Auteur / Autrice : Christophe Busseret
• Direction : Abdelkader Souifi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dispositifs de l'Electronique Intégrée
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPM - Laboratoire de Physique de la Matière (1961-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photoluminescence

Silicium

Matériaux nanostructurés

Résumé

La loi de Moore qui décrit la microélectronique depuis plus de 30 ans est encore envisagée pour la décade à venir. Les technologues seront alors capables de réaliser des structures d'une dizaine de nanomètres et même en dessous. Cependant, les propriétés macroscopiques appliquées jusqu'à présent ne seront plus applicables pour de telles dimensions. Pour dépasser les barrières physiques qui résulteront de ce passage à l'échelle du nanomètre, il conviendra d'apprendre à utiliser les nouvelles lois physiques au rang desquelles nous pouvons citer le confinement quantique, le blocage de Coulomb ou l'effet tunnel. Le propos de cette thèse s'inscrit dans la compréhension des nouvelles propriétés physiques de l'électronique de demain : elle propose une caractérisation des propriétés électroniques des nanostructures de silicium. Le premier chapitre sera le cadre d'une démonstration du changement des caractéristiques du silicium lorsque les dimensions atteignent quelques nanomètres. En parallèle à cette description, les dispositifs envisagés seront présentés avec les procédés technologiques associés. Dans le chapitre II, une caractérisation optique des boîtes de silicium est proposée. L'objectif est de démontrer les effets du confinement quantique à l'aide d'études de photoluminescence et d'absorption,. Le chapitre III est réservé aux études de transport afin de comprendre et modéliser l'influence de nodules de silicium dans une matrice d'oxyde. Enfin, le chapitre IV est orienté vers l'interprétation des cinétiques de capture et de rétention de charges par les nodules nanométriques de silicium pour des applications mémoires.

The Moore's law which has described micro-electronics for more than 30 years is still planned for the next decade. The technologists will be able to carry out structures of ten nanometers and even below. However, the macroscopic properties actually used will not be applicable any more for such dimensions. To overcome the physical barriers which will result from this passage on the scale of the nanometer, it will be advisable to learn how to use the new physical laws like quantum confinement, Coulomb blockade or tunnel effect. The matter of this thesis falls under the comprehension of the new physical properties of the electronics of tomorrow: it proposes a characterization of the electronic properties of silicon nanostructures. The first chapter describes the change of silicon characteristics when dimensions reach some nanometers. We will focus how to use this new physics in original devices. The associated technological processes will be presented. In the chapter II, an optical characterization of the silicon dots is proposed. The aim is to show the effects of quantum confinement using photoluminescence and of absorption studies. Chapter II is devoted to current transport in order to understand and model the influence of silicon nodules in an oxide matrix. Lastly, chapter IV is dedicated to the description of the charging and discharging kinetics. We model the silicon dots behavior for memories applications.