AFM développement en mode électrique pour l’étude des semi-conducteurs nanostructure : application sur Ge/Si nanocristal

AFM electrical mode development for nanostructure semiconductor study : application on Ge / Si nanostructure

• Auteur / Autrice : Zhen Lin
• Direction : Georges Brémond
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Nanotechnologies de Lyon (Ecully, Rhône)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie

Spectroscopie

Nanotechnologie

Semiconducteurs

Mots clés libres

Semiconducteurs

Nanotechnologie

Spectroscopie

Microscopie

SemiConductors

Nanotechnology

Spectroscopy

Microscopy

Résumé

Aujourd'hui, la technologie des semi-conducteurs est confrontée au défi de la réduction ultime de la taille des composants pour augmenter la performance des appareillages électroniques en les miniaturisant. Cette forte réduction d'échelle provoque un développement considérable des techniques de microscopie pour révéler de nouvelles caractéristiques physiques à l'échelle nanométrique. La compréhension de ces nouvelles propriétés à l'échelle du nanomètre est donc de première importance. Dans ce travail, l’utilisation et l’application des techniques de caractérisation des propriétés électriques par microscopie à force atomique à pointes conductrices sont développées vis-à-vis de l’application aux semi-conducteurs. Les modes électriques spécifiques, comprenant la mesure de capacité par microscopie AFM (SCM) et la spectroscopie associée (SCS), la microscopie à force électrostatique (EFM) et la microscopie à sonde locale de Kelvin (KPFM) sont utilisées à température ambiante pour étudier les propriétés électroniques de nanostructures de germanium sur silicium qui ont été fabriquées par un procédé de démouillage. Il ressort que les mesures SCM, SCS, EFM et KPFM sont bien adaptées pour la caractérisation de nanostructures semi-conductrices, en particulier pour l'étude des nanocristaux à l'échelle du nanomètre. Ces travaux de caractérisation par AFM à modes électriques sont d'une importance primordiale dans le développement de dispositifs électroniques, en particulier pour l'application de transistors à mémoire utilisant des nanoilots de Ge / Si.

Nowadays, the semiconductor technology is facing a great challenge to increase the device performance while reducing its dimension. This downscaling in microelectronics industry causes a drastic development of microscopy to reveal new physical characteristics at nanoscale. The understanding of these new properties in nanometer scale is of prime importance. In this work, the AFM fundamental working principle and some typical electric property characterization techniques in semiconductor industry were introduced. The electrical AFM modes including scanning capacitance microscopy (SCM) and spectroscopy (SCS), electrostatic force microscopy (EFM) and Kelvin probe force microscopy (KPFM) were developed at room temperature to study the properties of the promising replacement of the conventional poly-silicon floating gate, Germanium nanocrystals local Ge/Si nanostructures, which were fabricated by dewetting process. SCM, SCS, EFM and KPFM were proved to be available methodologies for semiconductor nanostructures characterizations, especially the nanocrystal study in nanometer scale. These characterisation works with developed AFM electrical mode are of prime importance in developing electronic devices application, especially the memory transistors application using Ge/Si nanocrystal.