Charge injection and detection in semiconducting nanostructures by Atomic Force Microscopy

Injection et détection de charges dans des nanostructures semiconductrices par Microscopie à Force Atomique

Raphaelle Dianoux (1)

1 NPSC - Nanophysique et Semiconducteurs

Isolated semiconducting nanostructures have the property to confine charges on long time scales. The charge retention depends on several parameters such as the size of the nanostructure, the density and the quality of the interface with the dielectric. We have investigated these properties with an AFM in air with electrostatic force microscopy (EFM). EFM allows injecting charges locally and then probing, with a sensitivity of a few tens of electrons, the individual as well as collective behaviors of nanostructures. We have characterized the non-linear tip-sample interaction for an electrostatic coupling. We then studied the behavior of Si and Ge nanostructures on SiO2. The saturation of the electron cloud for a network of nanocrystals was evidenced, while kinetic roughening of the electron cloud in a dense network of nanocrystals was observed.

Les nanostructures semiconductrices isolées possèdent la propriété de confiner les charges sur des temps longs. La rétention de charges dépend de plusieurs paramètres tels que la taille de la nanostructure, la densité et la qualité de l'interface avec le diélectrique. Nous avons exploré ces propriétés à l'aide d'un AFM à l'air par microscopie à force électrostatique (EFM). L'EFM permet d'injecter des charges localement puis de sonder avec une sensibilité de quelques dizaine d'électrons seulement les comportements individuel aussi bien que collectif des nanostructures. Nous avons caractérisé l'interaction pointe-surface non-linéaire pour un couplage électrostatique, puis avons étudié le comportement de nanostructures de Si ou Ge déposées sur du SiO2. Nous avons mis en évidence d'une part la saturation du nuage de charge dans un nappe de nanocristaux, et d'autre part la propagation inhomogène de la charge à l'échelle de l'heure dans une nappe de nanocristaux plus dense.

Mots clés: Electrostatic Force Microscopy; non-linear oscillator; approach-retract curves; electrostatic coupling; semiconducting nanostructures; silicon; charge retention; Coulomb blockade; tunnel effect; charge spreading; kinetic roughening

Mots clés: AFM; Microscopie à Force Electrostatique; oscillateur non-linéaire; courbes d'approche-retrait; couplage électrostatique; nanostructures semiconductrices; silicium; germanium; rétention des charges; blocage de Coulomb; effet tunnel; étalement de la charge; rugosité cinétique

Domaines: Matière Condensée [cond-mat]; Physique [physics]

Raphaelle Dianoux. Injection et détection de charges dans des nanostructures semiconductrices par Microscopie à Force Atomique. Matière Condensée [cond-mat]. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 2004. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00008831⟩