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Alchaar, Mohanad. Confinement et transfert de charges dans les systèmes îlots Au/AlN et îlots graphène/SiC

Alchaar, Mohanad (2020). Confinement et transfert de charges dans les systèmes îlots Au/AlN et îlots graphène/SiC.

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Résumé en francais

L'étude du confinement et du transfert de charges au sein de nano-objets métalliques déposés sur un substrat isolant constitue un enjeu majeur d'un point de vue scientifique et technologique. Un tel système pourrait servir de réservoir d'électrons en vue d'étudier le transfert dans un fil moléculaire. Durant cette thèse, la technique utilisée est la microscopie à force atomique en mode non contact (NC-AFM) fonctionnant sous ultra vide (UHV) et couplée à la sonde de Kelvin (KPFM), permettant la mesure et le transfert des charges électriques. Le substrat isolant utilisé dans cette thèse est le nitrure d'aluminium AlN(0001) élaboré par épitaxie par jets moléculaires (EJM). Une première étude de croissance de 4 métaux (Mg, In, Ag et Au) par EJM a mis en évidence l'importance primordiale de la surface AlN(0001) sur les modes de croissance. Cette étude a permis de montrer que seul l'or déposé sur la surface AlN(0001) reconstruite (2×2)-Nad donnait lieu à une croissance bidimensionnelle (2D) avec formation de nano-îlots de une monocouche d'épaisseur. L'analyse d'images NC-AFM à résolution atomique obtenues à 5K, couplée à des calculs DFT montre que la stabilisation des nano-îlots d'or est due à la formation de liaison chimique entre l'or et la surface AlN(0001). Ces nano-îlots d'or 2D sur AlN(0001) ont pu être chargé positivement ou négativement lors d'expériences NC-AFM : la signature caractéristique de la charge est observée lors de spectroscopies DELTA f(V), avec le décalage du potentiel CPD lié à la charge injectée. Le suivi temporel du potentiel Kelvin sur un îlot chargé permet de mesurer un temps de décroissance de plusieurs jours, signe que le substrat AlN est un très bon isolant. Afin de comprendre le mécanisme de charge de ces îlots métalliques par NC-AFM, ces expériences de charges ont été reproduites sur des nanocristaux d'or de 20 nm d'épaisseur déposés sur une couche isolante de SiO2 thermique. Un modèle analytique couplé à des simulations numériques a permis de montrer que l'injection de charge se fait par émission de champ entre la pointe et l'îlot métallique. Ces calculs montrent qu'il est possible de contrôler à l'électron prêt la quantité de charge injectée dans un îlot métallique. La dernière partie de cette thèse est consacrée à la mesure par NC-AFM/KPFM de la hauteur de trois types de graphène (ZLG, EMLG et QFMLG) et deux îlots de graphène. L'étude est faite sur deux types d'échantillons : des nano-îlots de graphène élaborés par CVD sur un substrat de 6H-SiC(0001) et des couches de graphène obtenues par sublimation à haute température de 6H-SiC(0001), avec un taux de couverture d'environ une demi monocouche. L'analyse des images NC-AFM a permis de déterminer la hauteur de la couche tampon (ZLG) égale à 2.62 Å, de la couche de graphène épitaxiée sur la couche tampon (EMLG), égale à 4.09 Å, ainsi que d'une bicouche de graphène égale à 6.86 Å. La hauteur d'un îlot de graphène sur SiC est de 6.28 ± 0.52 Å et un îlot de graphène sur ZLG est caractérisé par une hauteur de 3.69 ± 0.11 Å.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Dujardin, Erik
Martrou, David
Ecole doctorale:Sciences de la matière (SdM)
laboratoire/Unité de recherche :Centre d'Elaboration de Matériaux et d'Etudes Structurales (CEMES), UPR 8011
Mots-clés libres :Nitrure d'aluminium - Nano-îlots métalliques - Transfert de charges électriques - Graphène - Microscopie à force atomique en mode non contact - Microscopie à sonde Kelvin - Epitaxie par jets moléculaire
Sujets :Physique
Déposé le :09 Jul 2021 14:44