Etude des propriétés de transport électronique de systèmes à fort désordreSi (111) MOSFET et d'anneaux interféromètres réalisés sur la base d'hétérostructures AlAs/GaAs et Si/SiGe

Electronic transport properties of highly disordered two-dimensional systems, SI (111) MOSFET and of ring interferometers realised on the basis of AlAs/GaAs and Si/SiGe heterostructures

• Auteur / Autrice : Olivier Estibals
• Direction : Jean-Claude Portal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, technologies et composants de l'électronique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

MOS (électronique)

Spin

Polarisation (physique nucléaire)

Électronique de l'état solide

Semiconducteurs

Silicium -- Couches minces

Couches minces semiconductrices

Résumé

Ce travail de thèse s'intéresse tout d'abord aux propriétés de transport d'un gaz électronique à deux dimensions réalisé selon le plan cristallographique (111) du silicium, dans des structures de type MOSFET. L'intérêt de ces échantillons est de présenter des taux de désordre et d'interactions électroniques très supérieurs aux Si (100) MOSFET abondamment étudiées dans la littérature, et donc de pouvoir caractériser plus précisément l'influence de ces deux paramètres. Notre étude a dans un premier temps porté sur la dépendance en température de la résistivité : un comportement non-monotone a été mis en évidence, son interprétation dans le cadre de récentes théories a permis de déterminer des constantes caractéristiques du système. Par la suite, nous avons mesuré la magnétoconductance de ces structures soumises à un champ parallèle au plan du gaz électronique. L'utilisation de moyens expérimentaux performants a permis de déterminer la variation du champ de polarisation complète en spin et du produit g*. M* (où g* désigne le facteur de Landé effectif et m* la masse effective) dans une gamme de densité exceptionnellement étendue. Ces caractéristiques permettent l'investigation de l'état fondamental du système et des mécanismes qui le gouvernent. Dans une deuxième partie, nous présentons l'étude du transport électronique cohérent dans des microstructures mésoscopiques en forme d'anneau. Nous montrons comment, par le choix d'un matériau et de technologies adaptés, il a été possible d'observer pour la première fois, des effets mésoscopiques sous très fort champ magnétique. Le transport électronique dans ce régime très particulier est analysé. Nous exposons pour finir le développement prometteur de microstructures réalisées dans un système Si/SiGe et les premiers résultats expérimentaux de cette étude

In a first part, the present work deals with the transport properties of a two dimensional electron gas (2DEG) growth along the (111) crystallographic axis of silicon, in MOSFET structures. In this material, the disorder and the electronic interactions have a much greater importance than in the intensively studied Si (100) MOSFET. For this reason, the aim of our work is to characterise more precisely the influence of these two parameters : disorder and electronic interactions. We have firstly focused on the temperature dependence of the resistivity. A non-monotonous behaviour has been highlighted, its analysis in the frame of recent theories has made possible the determination of some fundamental constants of the system. Then, we have measured the magnetoconductance of the MOSFET when a magnetic field is applied parallel to the surface of the 2DEG. By using powerful experimental set-up, we have been able to determine the field of complete spin polarisation and also the variations of the g*. M* product (were g* is the effective Landé factor and m* the effective mass) in an exceptionally wide range of density. These data allow for the investigation of the fundamental state of the system, and of the mechanisms which govern it. In a second part, we present the study of coherent electronic transport in ring-shape mesoscopic microstructures. We show how, through the judicious choice of the material and of the fabrication process, it has been possible to observe for the first time mesoscopic effects under very strong magnetic field. The electronic transport in this very specific regime has been analysed. To finish wish, we expose the promising development of microstructures realised on the basis of a Si/SiGe heterostructure and the first experimental results of this study.