In-situ transmission electron microscopy studies of metal-Ge nanowire solid-state reactions

Études in-situ dans un microscope électronique en transmission des réactions à l’état solide entre métal et nanofil de Ge

Khalil El Hajraoui (1)

1 NEEL - Institut Néel

Semiconductor nanowires (NWs) are promising candidates for many device applications ranging from electronics and optoelectronics to energy conversion and spintronics. However, typical NW devices are fabricated using electron beam lithography and therefore source, drain and channel length still depend on the spatial resolution of the lithography. In this work we show fabrication of NW devices in a transmission electron microscope (TEM) where we can obtain atomic resolution on the channel length using in-situ propagation of a metallic phase in the semiconducting NW independent of the lithography resolution. We show results on semiconducting NW devices fabricated on two different electron transparent Si3N4 membranes: a planar membrane and a membrane where devices are suspended over holes. First we show the process of making lithographically defined reliable electrical contacts on individual NWs. Second we show first results on in-situ propagation of a metal-semiconductor phase in Ge NWs by joule heating, while measuring the current through the device. Two different devices are studied: one with platinum metal contacts and one with copper contacts. Different phenomena can occur in CuGe NWs during phase propagation.

Le domaine des nanofils semi-conducteurs est en pleine expansion depuis ces dix dernières années grâce à leurs applications dans de nombreux domaines tels que l’électronique ou la conversion d’énergie. Dans cette étude on part d’une base de nanofil de germanium (le canal), on dépose des contacts métalliques qui seront chauffés par effet joule. Une différence de potentiel est alors appliquée au contact d’entrée (la source), le courant électrique est récupéré et mesuré par le contact de sortie (le drain). Une réaction à l’état solide permet aux atomes du métal de diffuser dans le nanofil. La propagation d'une phase métal/semi-conducteur est suivie dans un microscope électronique en transmission (MET) dont la résolution permet une observation à l’échelle atomique au niveau de la source, le drain et le canal. Les dispositifs caractérisés au cours de ce stage ont été élaborés à partir de deux types de membranes, l’une plane et l’autre avec des trous. Chacune d’entre elles sont constituées d’une couche de nitrate de silicium Si3N4 à leurs surfaces présentant l’avantage d’être transparents aux électrons et isolants au courant.

Mots clés: Clean Room; Transmission electron Microscopy; Scanning electron Microscopy; Lithography; Electrical Measurement

Mots clés: Salle Blanche; Microscopie électronique en Transmission; Microscope électronique à balayage; Lithographie; Mesure électrique

Domaines: Instrumentations et Détecteurs [physics.ins-det]

Khalil El Hajraoui. In-situ transmission electron microscopy studies of metal-Ge nanowire solid-state reactions. Instrumentation and Detectors [physics.ins-det]. Université Grenoble Alpes, 2017. English. ⟨NNT : 2017GREAY012⟩. ⟨tel-01645553v2⟩