Évolution de la morphologie du nanofil durant l’électromigra-

pointillé, en dehors de la zone recuite, sont de taille plus petite. Proche de la constric-tion, l’ensemble des joints de grains s’arrange le long du nanofil comme une série de monocristaux sur l’axe transversal du nanofil, à l’image de la structure d’un bam-bou [57]. Du coté de l’électrode source, le même phénomène de recuit se produit de façon symétrique. Le choix de représenter le côté de l’électrode drain dans la fi-gure (b) est fait pour une question de visibilité des joints de grains. La courbe rouge sur la partie supérieure de la figure représente le nombre de joints de grainn, en fonction de la position sur le nanofil.

Cependant, comme nous l’avons expliqué en introduction, l’électromigration opère par l’intermédiaire des défauts cristallins. En accord avec différents travaux sur l’étude de ce phénomène [57, 70], les résultats mettent en évidence que l’électromigration est plus effective à l’intersection de plusieurs joints de grains. C’est-à-dire là où l’on trouve le plus de monocristaux, en dehors de la zone recuite, indiquée sur la fi-gure 2.16 (a). Puisque les électrons se déplacent de l’électrode source vers l’électrode drain, ils déplacent d’abord les atomes du coté de l’électrode source en créant des défauts visibles sur la zone entourée en bleue pointillée dans la figure 2.16 (a). C’est pourquoi la rupture du nanofil apparait très souvent du côté de la source. Les dé-fauts croissent de façon compétitive à mesure que l’électromigration progresse, jus-qu’à la rupture du nanofil.

Même si l’identité de l’électrode source est connue par avance, l’influence si-multanée de l’électromigration et du recuit du nanofil par effet Joule empêchent la prédiction exacte du lieu de rupture. En effet, le gradient de joints de grains dépend alors de plusieurs paramètres :

— Les paramètres de dépôt métallique comme la température et la pression peuvent varier d’une expérience à l’autre. Les propriétés cristallines et conduc-trices de l’Au ne sont donc pas identiques entre les échantillons.

— Les dimensions géométriques, et plus particulièrement la taille des constric-tions, varient légèrement d’un nanofil à l’autre.

— La température atteinte pendant le recuit peut varier en raison des paramètres précédents [60].

2.2.6 Évolution de la morphologie du nanofil durant l’électromigration Dans le but d’observer l’évolution de l’électromigration sur la morphologie du nanofil, plusieurs mesures ont été réalisées. Sur quatres nanofils distincts, le proces-sus d’électromigration a été stoppé à différentes étapes, correspondant à une perte de conductance initiale en pourcentage. Ce pourcentage d’électromigrationΓest cal-culé à partir du rapport de la mesure deG_AC|initiale

VDC=0V et deG_AC|^{f inale}_V

à : Γ = " 1−^GAC| f inale VDC=0V G_AC|initiale VDC=0V # ×100 (2.6)

Les figures 2.17 (a), (b), (c) et (d) révèlent plusieurs informations. On remarque sur ces images que la constriction (index (1)) n’a pas subi de modification. L’électro-migration a créé des défauts sur l’électrode source, comme observé précédemment. De façon générale, lorsque le pourcentage électromigréΓaugmente, on constate que la proportion de défauts (index (2), en sombre sur l’image) est de plus en plus im-portante. Alors que l’électromigration progresse (Γ%), la valeur deG_AC|^{f inale}_V

DC=0V a tendance à diminuer. Cette tendance n’est cependant par vérifiée pour les nanofils (c) et (d). En effet,G_AC|^{f inale}_V

DC=0V(c)≈G_AC|^{f inale}_V

DC=0V(d)alors queΓ(c)<Γ(d). Si l’on s’inté-resse à la conductance initiale du nanofil (d), on aG_AC|initiale

VDC=0V(d)= 5.271 mS. Cette valeur est supérieure à celle des autres nanofils. Ainsi, bien que le pourcentageΓ(d)

soit plus avancée (40 %), la conductance finale atteinte exprimée parG_AC|^{f inale}_V

DC=0V(d)

reste de l’ordre de celle atteinte par le nanofil (c). En ce qui concerne le nombre et la taille des défauts, on remarque que leur apparence est semblable pour les images (c) et (d). Cette observation est en accord avec le fait queGAC|^{f inale}_V

DC=0V(c) ≈

G_AC|^{f inale}_V

DC=0V(d).

Les figures 2.17 (c) et (d), pour lesquellesΓ vaut respectivement 30 % et 40 %, comportent plusieurs défauts. Ces défauts s’étalent sur une zone plus large que pour les nanofils (a) et (b). Comme dans la figure 2.16, les images (c) et (d) mettent en évi-dence que le processus d’électromigration agit à plusieurs endroits en même temps. L’article de M.-M. Mennemanteuil [60] décrit comment la réponse optique non li-néaire de la luminescence peut être utilisée pour cartographier la position exacte du lieu de rupture, parmi plusieurs zones en compétition. Cette technique, utilisée en temps réel, ne permet cependant pas de prédire le point de rupture avant que l’électromigration ne débute. Ce qui signifie dans notre cas l’impossibilité de l’utili-ser pour déterminer la position exacte de la future jonction tunnel pendant l’étape de fabrication des échantillons.

2.2.6 Évolution de la morphologie du nanofil durant l’électromigration

FIGURE 2.17 – Images MEB de l’évolution de la morphologie des nanofils de géométrie papillon durant l’électromigration. Les images (a),(b),(c) et (d) cor-respondent à des nanofils différents pour lesquels l’électromigration a été inter-rompue à une perte de conductance nomméeΓ, indiquée sur la partie droite en pourcentage. L’index (1) correspond à la constriction centrale du nanofil. L’in-dex (2) représente la zone où laquelle l’électromigration opère.

Le manque d’informations sur la position exacte de la jonction tunnel a eu pour conséquence de limiter les possibilités d’architecturer l’environnement électroma-gnétique autour de la source lumineuse. En effet, une des pistes explorées durant cette thèse concerne l’ajout d’éléments optiques autour de la jonction. Ces éléments ont pour but de modifier les propriétés de rayonnement des jonctions tunnel. Dans

notre étude, nous avons essayé de construire une antenne optique de type Yagi-Uda [71], en utilisant la zone d’électromigration comme point d’alimentation de l’antenne.

FIGURE2.18– Image MEB de l’ajout d’une structure d’antenne optique de type Yagi-Uda. Le milieu du nanofil, de géométrie filaire, est repéré par une constric-tion. Pendant l’étape de lithographie à faisceau d’éléctrons, un élément réfléc-teur et 3 éléments direcréfléc-teurs sont ajoutés autour de la constriction. L’axe rose indique le sens et la direction supposés de l’émission lumineuse.

Différents tests ont néanmoins été effectués, et la figure 2.18 en est un exemple. Sur cette image, le nanofil est de forme linéique. Le centre du nanofil est caractérisé par une constriction, réalisée dans le but de provoquer l’électromigration à cet en-droit spécifique. Alignés avec ce défaut, on observe l’ajout d’éléments métalliques formant une antenne optique de type Yagi-Uda [71]. L’élément réflecteur a pour rôle de réfléchir la lumière émise par la jonction tunnel, jouant le rôle du point d’alimen-tation. Les éléments directeurs dirigent la lumière dans la direction déterminée par l’axe perpendiculaire, en rose pointillée sur la figure. Ce type de structure est réalisé en même tant que la première étape de lithographie. Comme nous l’avons expliqué précédemment, la difficulté de prédire la localisation exacte de la rupture, avant électromigration, ne nous permet pas de placer de façon optimale ce type d’élé-ments. La position de la jonction tunnel étant déterminée après électromigration, l’antenne Yagi-Uda se retrouve systématiquement excentrée par rapport à la source lumineuse, lieu de rupture.