Développement d'une technique d'imagerie d'impédance électrique locale à partir d'un microscope à force atomique

Development of a technique for electric impedance imagery based on an atomic force microscope

• Auteur / Autrice : Ivan Estevez
• Direction : Frédéric Houzé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie en champ proche

Mots clés libres

Pointe conductrice

Mesure d'impédance

Modélisation par éléments finis

Résumé

Les mesures électriques par microscopie à force atomique (AFM) à pointe conductrice font toujours l'objet d'efforts de recherche soutenus dans le contexte actuel de l'essor des micro- et nanotechnologies. Les travaux effectués durant cette thèse portent sur le développement d'une nouvelle technique d'imagerie dérivée de l'AFM, destinée à visualiser les caractéristiques capacitives de surface (capacité absolue) à l'échelle nanométrique, en effectuant une mesure qui s'affranchit de l'ensemble des interactions parasites causées par l'environnement de l'échantillon. Ces travaux s'inscrivent dans le cadre d'une collaboration entre le LGEP, laboratoire pionnier dans le développement de certaines mesures électriques locales par AFM, et la PME d'instrumentation CSI. Nous avons dans un premier temps étudié les différentes perturbations affectant la mesure de capacité à l'apex de la pointe-sonde. Puis nous avons élaboré une méthode générale de correction de ces effets, en combinant la mise en œuvre d'une technique de double passage et l'exploitation des informations contenues dans les courbes approche-retrait. Cette méthode a ensuite été validée sur un ensemble d'échantillons de calibration de structure géométrique simple : l'accord entre les valeurs théoriques de capacité calculées par la méthode des éléments finis et les mesures expérimentales s'est avéré excellente sur une gamme de 10 -12 à 10 -16 F. La résolution du dispositif a été estimée à quelques aF. Enfin l'influence sur les valeurs de capacité obtenues des effets de bord, des interactions entre différents éléments conducteurs d'un même échantillon, ou entre l'AFM et l'échantillon, a été discutée.

The electrical measurements with atomic force microscopy (AFM) by conductive tip always are the subject of efforts in research, supported in the current context of the rise of the micro and nanotechnologies. The work carried out during this thesis concerns the development of a new technique of imagery derived from the AFM, intended to visualize the capacitive characteristics of the sampler surface (absolute capacity) on a nanometric scale, by making a measure which suppress the parasitic interactions caused by the environment of the sample. This work falls within the framework of a collaboration between the LGEP, laboratory pioneer in the development of certain local electrical measurements by AFM, and the company of instrumentation CSI. We initially studied the various perturbations assigning the measurement of capacity of the apex of the point-probe. Then we develop a general method of correction of these effects, by combining the implementation of a technique of double passage and the exploitation of the information contained in the curves approach-withdrawal. This method was then validated on a unit of samples of calibration of simple geometrical structures: the agreement between the theoretical values of capacity calculated by the finite element method and the experimental measures were excellent on a range from 10 -12 to 10 -16 F. The resolution of the device was estimated of some aF. Finally the influence of the edge effects on the values of capacity obtained, of the interactions between various conducting elements of the same sample, or between the AFM and the sample, was discussed.