Des mesures EBIC ont été effectuées à l’IEF par le doctorant Vladimir Neplokh sur des fils de l’échantillon B ayant un contact p localisé Ni/Au. Le but de ces mesures est de cartographier la distribution spatiale du courant généré et d’évaluer l’efficacité de collecte des porteurs par les électrodes. Le principe de la mesure EBIC, dont le dispositif est schématisé en Figure III.22a, repose sur la génération de paires électron-trou au sein du matériau soumis à un faisceau d’électrons. Après diffusion, les porteurs libres qui atteignent la zone de charge d’espace de la jonction p-n sont séparés par le champ interne et génèrent un courant (Leamy, 1982). Grâce au déplacement du faisceau d’électrons le long du fil, on peut cartographier la distribution du courant sur la surface latérale du fil. De plus, en faisant varier la tension d’accélération du faisceau on peut caractériser différentes régions du fil. De faibles tensions permettent de sonder les régions superficielles tandis que des tensions élevées permettent d’avoir accès aux zones profondes du fil (jonction p-n). Les sections ci-après présentent les résultats obtenus à différentes tensions d’accélération. Les mesures ont été effectuées à température ambiante sur un fil non polarisé.
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Figure III.22 – a) Dispositif de mesure EBIC. b) Représentation schématique du transport des porteurs dans le fil. Le trait bleu (vert) représente le trajet des électrons (trous) vers le contact type n (type p) après dissociation des paires électron-trou par le champ interne de la jonction p-n. Reproduit à partir de (Lavenus et al., 2014).
III.7.1. Mesures EBIC à haute tension d’accélération
Pour ces mesures la tension d’accélération du faisceau a été fixée à 10 kV et le courant d’extraction est de 10 µA ce qui correspond à un courant incident sur l’échantillon de 0,44 nA. Les Figure III.23a-b montrent l’image MEB d’un fil à contact p localisé accompagnée de sa cartographie EBIC. La cartographie montre que la génération du courant a lieu sur l’ensemble de la région cœur-coquille qui héberge la jonction p-n. Néanmoins, le profil du courant le long de l’axe du fil présenté en Figure III.23c, montre une diminution du courant EBIC lorsque le faisceau d’électrons s’éloigne du contact métallique. On mesure une réduction du courant EBIC de 25 % à 10 µm du contact p en allant vers le sommet et de 35 % vers le pied du fil. Cette diminution du courant EBIC est liée à la résistance élevée de la coquille p-GaN qui empêche une collecte efficace
des trous générés loin des contacts (Lavenus et al., 2014). Ces mesures montrent bien que l’utilisation d’un contact étendu permettrait d’améliorer l’efficacité de collecte à condition que le contact présente une bonne transparence pour limiter les pertes par absorption. On observe un pic du courant EBIC à l’extrémité du fil ; ce pic est lié à l’excitation simultanée des jonctions axiale et radiale qui entraîne une augmentation du signal EBIC à l’extrémité supérieure de la région cœur-coquille.
Figure III.23 – a) Image MEB et b) cartographie EBIC à 10 kV d’un fil à double contact Ni/Au recuit. c) profil EBIC le long de l’axe du fil (flèche blanche en pointillés).
III.7.2. Mesures à faible tension d’accélération
Les mesures à faible tension d’accélération (Vacc ≤ 3 kV) présentent un intérêt pour
l’analyse de l’interface métal/semiconducteur. En effet, à faible tension, les porteurs sont générés majoritairement au niveau de la coquille p-GaN (Pour Vacc = 3kV, la profondeur de
pénétration des électrons est de l’ordre de 100 nm et l’épaisseur de la coquille p-GaN au niveau de la région cœur-coquille a été estimée à 160 nm par TEM). Les porteurs générés peuvent ensuite diffuser soit vers la zone de déplétion de la jonction p-n, soit vers le contact métallique. Si le contact n’est pas ohmique, les porteurs qui diffusent vers ce dernier rencontrent le champ interne de la jonction Schottky dont le sens est opposé à celui de la jonction p-n. On observe alors la génération d’un courant positif (courant dont le sens est opposé à celui du courant EBIC de la jonction p-n). Ce cas est illustré en Figure III.24 sur des fils à contact p localisé Ni/Au non recuit similaires à ceux étudiés dans ce chapitre (coquille à 5 MPQ). La cartographie montre un contraste foncé (bleu) près du contact qui traduit une zone d’inversion du courant. En appliquant une polarisation directe au nanofil (i.e. la polarisation aplatissant la jonction p-n), le contraste devient plus prononcé car le champ de la jonction Schottky se trouve renforcé. Dans le cas d’un fil à contact localisé recuit, dont la cartographie est présentée en Figure III.25b, on n’observe pas de différence de contraste à proximité du contact. Le double contact Ni/Au a donc
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permis de supprimer en grande partie la barrière Schottky à l’interface Ni/p-GaN. Le profil EBIC (Figure III.25c) confirme l’absence d’inversion du courant. On remarque que la génération du courant est uniquement localisée au niveau de la partie inférieure du fil car l’épaisseur de la coquille dans la partie supérieure est trop importante pour que le faisceau à faible tension pénètre jusqu’à la jonction p-n. Le pic aux alentours de 37 µm provient de l’excitation des puits de la jonction axiale.
Figure III.24 – Image MEB et cartographies EBIC à 3 kV d’un fil à contact p Ni/Au (10/200 nm) pour différentes tensions de polarisation. La coquille est composée de 5 MPQ InGaN/GaN. Reproduit d’après (Lavenus et al., 2014).
Figure III.25 – a) Image MEB et b) cartographie EBIC à 3 kV d’un fil à double contact Ni/Au recuit. c) profil EBIC le long de l’axe du fil (flèche blanche).