Centre d’Élaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales (UPR 8011)


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Thèse Delphine Sordes


Imagerie, manipulation et contact électronique atome par atome sur une surface de Si(100):H avec le microscope à effet tunnel basse température à 4 pointes

Soutenance mercredi 3 mai à 10h00
salle de conférences du CEMES

 

Composition du jury

  • Mme Marie-France BEAUFORT, CNRS-Institut Pprime (Poitiers), Rapportrice
  • M. Frank PALMINO, Université de Franche-Comté, Rapporteur
  • M. Damien RIEDEL, ISMO/Université Paris-Sud, Rapporteur
  • M. Christian JOACHIM, CEMES, Directeur de thèse
  • M. Laurent NONY, IM2NP/Université Aix-Marseille, Examinateur
  • M. Bertrand RAQUET, LNCMI/INSA, Examinateur
  • Mme Virginie SERIN, CEMES, Examinatrice

 

Résumé :

La construction de circuits électroniques de section atomique est l’un des grands défis de la nanoélectronique ultime. Pour construire un circuit électronique atomique, il faut d’abord mettre au point l’instrument de construction puis choisir la surface‐support stabilisant ce circuit.

Sur la surface d’Au(111) préparée en ultra vide, nous avons mis en oeuvre et stabilisé le tout premier LT‐UHV‐4 STM. Ce microscope à 4 pointes STM balayant en même temps et indépendamment une même surface a été construit pour le CEMES par la société ScientaOmicron. Sur l’Au(111), nous avons reproduit tous les résultats expérimentaux obtenus sur les meilleurs LT‐UHV‐STM à une pointe comme la précision en rugosité de 2 pm, les caractéristiques I‐V sans moyenne sur un seul atome pendant plusieurs dizaines de minutes et la manipulation atomique suivant les modes de tiré, glissé et poussé d’un seul atome d’or sur la surface.

Une fois cette optimisation réalisée, nous avons appliqué notre LT‐UHV‐4 STM à la surface de Si(100):H, support probable des futurs circuits atomiques électroniques. Le choix de ce support est discuté en détail avant l’enregistrement et l’analyse des images STM. Les échantillons utilisés proviennent, soit du procédé semi‐industriel pleine‐plaque de silicium mis au point au CEA‐LETI, soit de leur préparation in situ se déroulant directement dans la chambre de préparation du LT‐UHV‐4 STM. Nous avons pris soin de bien interpréter les images STM de la surface Si(100):H afin par exemple de déterminer la position de chaque atome d’hydrogène.

La lithographie atomique par STM a été exploitée, par pointe sur le LT‐UHV‐4 STM, en mode manipulation verticale atome‐par‐atome et mode balayage plus rapide mais rendant l’écriture atomique moins précise. Nous avons construit nos propres fils atomiques puis des plots de contact atomiques, petits carrés de Si(100)H dépassivés de quelques nm de côté. Les courants de fuite à 2 pointes et à l’échelle atomique ont ainsi pu être mesurés sur la surface de Si(100):H entre deux de ces plots.

Pour préparer les contacts atomiques à au moins 2 pointes sur un fil atomique ou sur des plots de contact nanométrique, nous avons étudié en détail les différents types de contact pointe STM liaison-pendante unique montrant la difficulté d’atteindre un quantum de conductance au contact, de par un effet de courbure de bandes. Il est donc difficile sans une mesure de force complémentaire de déterminer en partant du contact tunnel les différentes étapes du contact mécanique, électronique au contact chimique.

Nos résultats ouvrent la voie à la caractérisation des circuits électroniques construits atome par atome et à l’échelle atomique à la surface d’un semi‐conducteur.