Academic literature on the topic 'Silicium – Propriétés électroniques'

Dans le cadre d'une approche bottom-up, la fabrication de nanofils par une croissance catalysée ouvre la voie à nombres d'applications: nano--transistors verticaux à grille enrobantes, heterostructures cœur--coquilles... Avec ces nouveaux objets, de nouvelles interrogations apparaissent quant à l'influence du catalyseur et de la surface sur les propriétés électroniques des nanofils. Mon travail basé sur une étude spectroscopique via des expériences de photoluminescence a mis en évidence le rôle prépondérant de la surface sur les propriétés électroniques des nanofils. La passivation des états de surface a permis d'observer la recombinaison radiative des porteurs libres d'une phase dense : le liquide électron-trou, dans des nanofils catalysés par de l'or et du cuivre. Cette phase liquide a la particularité d'être stable thermodynamiquement et sa densité est constante. Cette propriété unique dans les semiconducteurs a conduit à l'étude quantitative de l'influence de la surface via la modification du ratio surface/volume. Une méthode originale de mesure de la vitesse de recombinaison de surface (VRS) a ainsi été développée et des VRS relativement faibles ont été mesurées indiquant une excellente passivation des états de surface. Les propriétés de volume de nanofils catalysés 'or' sont très similaires à celles d'un silicium massif utilisé en micro-électronique. Enfin, l'oxydation sacrificielle du silicium a permis d'obtenir des nanofils de diamètre inférieur à 10 nm. L'oxydation progressive des nanofils a permis d'observer un décalage de la raie vers le rouge attribué à la présence de contraintes, puis l'augmentation du gap est corrélée au confinement quantique des porteurs.

Le graphène est un plan unique d'atomes de carbone formant une structure en nid d'abeilles. Dans le cas idéal, le graphène possède des propriétés physiques étonnantes, comme une structure électronique en " cône de Dirac ". Depuis 2004, il est connu qu'on peut obtenir ce matériau bidimensionnel à partir de la graphitisation du carbure de silicium (SiC). Sur la base de calculs ab initio et d'expériences de microscopie à effet tunnel (STM), nous avons entrepris de sonder les propriétés électroniques et structurales du graphène sur SiC et de déterminer en quoi elles sont similaires ou au contraire différentes du graphène idéal. Ce manuscrit commence par une introduction générale sur la thématique du graphène et se poursuit par une description des deux méthodes utilisées durant ce travail. Il vient ensuite l'exposé de nos résultats obtenus pour le graphène sur la face terminée Si et celle terminée C des polytypes hexagonaux du SiC. Nous avons montré notamment que le premier plan de carbone généré sur la face terminée Si se comporte comme un plan tampon, lequel permet aux autres plans qui le recouvrent d'avoir une structure électronique de type monoplan/multiplan de graphène. D'autres aspects liés à la nature complexe de l'interface comme la présence d'états localisés ou l'existence d'une forte structuration du plan tampon sont également discutés. Pour une surface terminée C suffisamment graphitisée, nos travaux révèlent l'existence d'un désordre rotationnel entre les plans de graphène successifs qui se manifeste sous forme de Moiré sur les images STM. Nous montrons par des calculs ab initio qu'une simple rotation permet de découpler électroniquement les plans de graphène.

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<br>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

La synthèse du graphène par traitement thermique d’un substrat de carbure de silicium (SiC) est une technique prometteuse pour l’intégration de ce nouveau matériau dans l’industrie, notamment dans les dispositifs électroniques. L’avantage de cette méthode réside dans la croissance de films minces de graphène de taille macroscopique directement sur substrat isolant. Toutefois, avant d’intégrer ce matériau, il convient d’en contrôler la synthèse et d’en moduler les propriétés. Dans ce travail de thèse, nous étudions les propriétés structurales et électroniques du graphène obtenu par la graphitisation des polytypes 3C-, 4H- et 6H-SiC. A partir de diverses méthodes de caractérisation, telles que la diffraction des électrons lents (LEED) ou la microscopie et spectroscopie à effet tunnel (STM/STS), nous avons vérifié, dans un premier temps, que le caractère discontinu du graphène sur les bords de marches peut introduire un confinement latéral supplémentaire des électrons dans le graphène. Dans un second temps, l’observation des singularités de Van Hove nous a permis de démontrer l’effet de confinement unidimensionnel dans les régions d’accumulations de marches du SiC. Enfin, l’introduction de désordre dans nos couches de graphène induit une réduction de la densité de porteurs de charges dans les couches. De même, ce désordre conduit à une transition de phase quantique entre le régime localisé et le régime d’effet Hall quantique<br>The synthesis of graphene by thermal decomposition of silicon carbide (SiC) is a promising technique for the integration of this new material in the industry, especially in electronic devices. The advantage of this method lies in the growth of macroscopic graphene films directly on an insulator substrate. However, before using this material in electronic devices, it is advisable to control its synthesis and modulate its properties. In this thesis, we present the structural and electronic properties of graphene obtained by graphitization of 3C- , 4H - and 6H- SiC polytypes. Various characterization methods were used, including low energy electron diffraction (LEED) and microscopy and scanning tunneling spectroscopy (STM / STS). Based on STM / STS measurements, we show that the discontinuity of epitaxial graphene at the step edges may introduce an additional lateral confinement of electrons in graphene. The observation of Van Hove singularities in the STS spectra confirmed the one dimensional confinement of graphene in step bunching regions of SiC.Finally, we show that when disorder is introduced on our graphene samples, the charge carrier density is reduced. This disorder lead to the observation of a quantum phase transition from a localized regime to a quantum Hall effect regime

La technique de depot d'agregats preformes en phase gazeuse de faible energie (technique lecbd) permet de produire des couches minces de materiaux nanostructures. Suite a la decouverte de l'effet memoire des agregats libres dans les films obtenus par depot d'agregats de carbone de type fullerene, une question s'est naturellement imposee : cet effet existe-t-il dans d'autres materiaux covalents et en particulier dans le silicium (candidat potentiel pour d'eventuelles applications en optoelectronique). Dans la gamme de tailles etudiee (inferieures a une centaine d'atomes), la structure des agregats de silicium en phase libre etant relativement bien connue (structure cage), nous nous sommes interesses aux consequences sur la structure electronique et vibrationnelle d'une caracteristique commune a tous ces agregats : la presence d'un grand nombre de pentagones. Pour se faire, nous avons caracterise deux phases cristallines du silicium : la phase diamant (qui ne possede que des cycles hexagonaux) et une phase appelee clathrate qui possede environ 87% de cycles pentagonaux. Le comportement de nos couches d'agregats de silicium etant intermediaire entre celui des deux phases cristallines de reference (phases diamant et clathrate), nous avons estime a environ 50% la proportion de cycles pentagonaux dans nos couches demontrant ainsi l'effet memoire de la phase libre des agregats de silicium deposes en couches minces. Ceci se traduit tout d'abord au niveau de la bande de valence par une fusion des bandes s et sp et ensuite, au niveau des proprietes, par un gap optique d'environ 1. 56 ev et une forte luminescence dans le rouge. Concernant les couches obtenues par depot d'agregats mixtes si 1 - xc x (x = 0. 5), nous avons montre qu'il existe une phase stoechiometrique (ou l'alternance si et c est respectee) qui presente un caractere amorphe, mais egalement une separation des especes (a l'ordre local), chacune de ces 3 phases etant en proportion equivalente.

Nous étudions les propriétés structurales et électroniques des couches héteroépitaxiées de GaAs sur substrats de Si(100), élaborées par épitaxie en phase vapeur par pyrolyse d'organométalliques. Après une étude des stades précurseurs de l'épitaxie par des techniques d'analyse de surface (diffraction électronique et spectroscopie des photoélectrons) nous étudions, par la diffraction des rayons X et la spectrométrie de masse des ions secondaires, l'évolution des défauts étendus (dislocations, fissures) et ponctuels (impuretés) en fonction des conditions d'élaboration et les mécanismes d'interdiffusion. Les transitions électroniques et vibroniques des hétérostructures GaAs/Si sont analysées par des techniques de spectroscopie optique (photoluminescence, excitation de photoluminescence, réflectivité, Raman. . . ) et permettent une évaluation précise des contraintes et de l'activité électronique des impuretés résiduelles. Toutes ces analyses sont corrélées avec les conditions d'élaboration et conduisent à l'obtention et la qualification d'un matériau compatible avec les exigences d'un dispositif à porteurs minoritaires tels que la cellule photovoltaïque solaire

Mesures de la photoconductivite, de la conductivite electrique et de l'absorption ir influence de la teneur en azote sur la largeur de la bande interdite; mise en evidence d'une augmentation de la densite d'etats proches du niveau de fermis et d'un elargissement de la queue des etats localises dans la bande interdite. Effets d'un dopage au bore. Mise en evidence d'une distribition de niveaux profonds sur lesquels se produit la recombinaison des porteurs majoritaires. Relations entre les proprietes des couches minces et les conditions de preparation

Les propriétés électroniques du silicium amorphe hydrogène sont déterminés par la densité d’états dans la bande interdite. A partir de la méthode des courants limités par charge d’espace (CLCE) sous excitation lumineuse, nous avons pu déterminer cette densité d’états dans un domaine d’énergie situé au-dessus du niveau de Fermi. Nous avons obtenu une densité d’états exponentielle de température caractéristique de l’order de 1000k. Nous proposons une discussion sur la différence dans les pentes de densité d’états déterminées à partir de la méthode précédente, de la méthode CLCE à l’obscurité et à partir des mesures de photoconductivité. Dans une deuxième partie nous avons fait des mesures de rendement et du temps de réponse de la photoconductivité dans un large domaine de flux. La comparaison du rapport d’électrons piégés aux électrons libres obtenu expérimentalement avec le même rapport obtenu à partir d’un calcul a permis de montrer la validité des densités d’états obtenues par CLCE sous excitation lumineuse.

Nous avons dans ce memoire presente nos travaux sur les proprietes physiques d'heterostructures a base de silicium. Ces structures sont constituees d'une couche mince d'ersi#2 (de 200 a 400 nm) epitaxie sur un monocristal de silicium, sur laquelle on reepitaxie quelques centaines de nm de silicium peu dope. Une derniere couche metallique deposee termine la structure a tester. La premiere phase a concerne la mise au point technologique de ces structures pour qu'elles puissent etre testees. Des methodes de caracterisations electriques i(v) et c(v) ont alors ete mises en uvre pour caracteriser les hauteurs de barriere, les epaisseurs et le dopage du film de silicium epitaxie. Cette longue et delicate mise au point etait focalisee sur un point precis: mettre en evidence les proprietes a priori extremement interessantes de photoemission de ces structures. Tout d'abord, 4 types de courant photogeneres sont attendus: des electrons et des trous provenant soit du metal superieur soit de l'ersi#2. Chacun de ces courants possede un seuil de detection que nous avons parfaitement determine, mais la grande originalite reside dans la modulation de ces seuils par une tension appliquee entre le metal superieure et le siliciure. Nous avons ensuite correle nos mesures avec les hauteurs de barriere attendues en fonction des differentes conditions de polarisation. Dans une derniere partie, nous avons etudie les parametres preponderants dans les mecanismes de fonctionnement de ces dispositifs