Nanospectroscopie infrarouge de structures semiconductrices fortement dopées par microscopie à sonde diffusante et microscopie de force photoinduite

Local Infrared Spectroscopy of Highly Doped Semiconductors Structures Based on Scattering-type Nanoscopy and Photoinduced Force Microscopy

• Auteur / Autrice : Yi Huang
• Direction : Aurélien Bruyant
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Optique et Nanotechnologie
• Date : Soutenance le 21/09/2018
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)
• Partenaire(s) de recherche : Organisme gouvernemental étranger : CSC (China Scholarship Council)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Delaunay / ICD
• Jury : Président / Présidente : Jean-Claude Weeber
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Claude Weeber, Antonio Ambrosio, Anne-Laure Baudrion-Béal, Jean-Louis Bijeon, Thierry Taliercio
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Claude Weeber, Antonio Ambrosio

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux nanostructurés

Nanotechnologie

Spectroscopie infrarouge

Microscopie en champ proche

Plasmons

Mots clés libres

Plasmons

Microscopie en champ proche

Spectroscopie infrarouge

Nanotechnologie

Matériaux nanostructurés

Plasmons (Physics)

Near-field microscopy

Infrared spectroscopy

Nanotechnology

Nanostructured materials

Résumé

Dans cette thèse, les propriétés plasmoniques de nanostructures d’InAsSb fortement dopées (HDSC : Highly doped Semiconductor) sont étudiées par nanoscopie de champ proche dans l’infrarouge moyen. Après une introduction sur les matériaux plasmoniques dans l’infrarouge, nous présentons les outils de caractérisation associés. Ici, deux types d'échantillons sont étudiés, des réseaux 1D et des réseaux 2D d’HDSC. Ces échantillons sont caractérisés par microscopie de champ proche optique à sonde diffusante (s-SNOM) et par une technique plus récente de microscopie à force photoinduite (PiFM). Les aspects fondamentaux et instrumentaux de ces deux approches nanoscopiques sont présentés. Pour les réseaux HDSC, les deux techniques de nano-imagerie spectroscopiques sont mises en œuvre au voisinage de la fréquence plasma, où la fonction diélectrique avoisine zéro (ENZ : Epsilon-Near-Zero material). Les réponses obtenues par ces deux techniques sont alors comparées et discutées. Pour les réseaux bidimensionnels, l'analyse est réalisée par la microscopie à sonde diffusante, sensible à la phase, qui révèle l’existence d’un mode d’arête extrêmement confiné, comme prédit par les simulations électromagnétiques

In this thesis, highly doped semiconductor (HDSC) InAsSb nanostructures have been investigated by near-field nanoscopy in the mid-infrared range. First, infrared plasmonic materials are introduced as well as well as the characterization tools used in this thesis. Herein, two types of nanostructured HDSC samples are studied: HDSC 1D gratings and HDSC 2D array. To characterize the HDSC samples, both phase-sensitive scattering type nanoscopy (s-SNOM) and the more recent Photoinduced Force Microscopy (PiFM) are used. The fundamental aspects of these two microscopies are presented and detailed instrumental information is provided. For HDSC 1D gratings, both techniques are used for spectroscopic nano-imaging in the vicinity of the plasma frequency, where the material behaves as an epsilon-near-zero (ENZ) material. The two responses are compared and discussed in terms of model. For HDSC 2D array, the investigation is carried out by s-SNOM. Both localized plasmonic resonance and ENZ properties are observed and compared with analytical simulations. The signature of a highly localized surface plasmon resonance confined on the edge mode is observed in the experimental images, in agreement with electromagnetic simulations