Conclusions

I. Introduction

_{GRILLE ARRIERE}

I. Introduction

IV.6 Conclusions

Pour approfondir l’étude des mécanismes du transport électronique depuis les hautes

températures vers les basses températures, nous avons confronté nos mesures expérimentales à

travers deux théories : la conduction par saut à distance variable (VRH) et le blocage de

Coulomb. La distinction principale entre ces deux modèles apparaît sur les courbes de la

conductance en fonction de la température : tandis que le blocage de Coulomb donne lieu à

une loi simple d’activation thermique, pour le VRH l’exposant critique dépend de la

dimensionnalité du système. Toutefois, les courbes que nous avons obtenues ne nous

permettent pas de trancher de façon définitive car la zone d’étude est trop étroite. Néanmoins,

d’autres arguments nous laissent penser que dans les nanostructures que nous avons fabriquées

le transport est dominé par le blocage de Coulomb. Premièrement, la littérature a montré que

pour des structures bidimensionnelles (films) désordonnées le transport se fait par VRH alors

que pour des structures unidimensionnelles (fils) désordonnées, comme celles utilisées ici,

c’est le blocage de Coulomb qui domine. Le deuxième argument est l’observation de

structures de type « diamants de Coulomb » dans la carte de courant en fonction de la tension

de grille et de la tension de drain obtenue à 4.2K.

Ainsi, nous avons observé que le transport électronique dans les nanostructures est

dominé par l’effet de champ à température ambiante tandis que le blocage de Coulomb domine

à basse température. Nous avons suivi la compétition entre ces deux phénomènes. La partie

dominée par l’effet de champ est caractérisée par un swing qui dépend linéairement de la

température (au delà 100K). Ce swing diverge pour des températures plus basses, quand le

blocage de Coulomb domine. Nous en déduisons que, le blocage de Coulomb dans les

nanostructures est présent pour des basses températures (<100K).

L’origine de barrières tunnel dans ces structures reste complexe. Le fait d’obtenir la

même énergie d’activation pour les deux concentrations des dopants que nous avons étudiées,

tend à prouver que les barrières tunnel sont liées à la présence d’atomes dopants et non à la

distance entre ceux-ci. Cette remarque constitue un argument de plus contre l’applicabilité du

modèle du VRH dans ces nanostructures.

Notre hypothèse est que la présence des dopants induit des fluctuations de potentiel dans

les nanostructures, créant ainsi des puits de potentiel qui agissent comme les îlots dans le

modèle du blocage de Coulomb. Ceux-ci sont plus au moins remplis par des électrons en

fonction de la position du niveau de Fermi, contrôlée par la tension de grille arrière. Ainsi le

nombre d’îlots diminue lors d’un dopage électrostatique par la tension de grille. Ceci a deux

effets : les diamants de Coulomb devient irrégulièrs et ils coexistent avec l’effet de champ.

Cependant il est possible d’obtenir des diagrammes de stabilité corrects même pour des

nanofils longs (~1µm), contenant un grand nombre d’îlots, car c’est le plus petit îlot qui

module le transport dans le nanofil.

Les calculs de dimension de l’îlot à partir du diagramme de stabilité montrent un bon

accord avec la distance inter-dopants dans le cas unidimensionnel (faible dopage), confirmant

ainsi notre hypothèse qui lie le blocage de Coulomb à la présence de dopants.

La Figure 55 montre des courbes I

– V

obtenues sur un échantillon de dopage

2.5x10

cm

à 4.2K. La périodicité nette de ces courbes confirme le fait que pour les nanofils

faiblement dopés il est possible d’être dans la limite de conduction par un îlot unique. Dans ce

cas, la taille de l’îlot est de 10nm qui est en accord avec la distance moyenne entre les dopants

de 16nm. Ce résultat confirme le lien entre la présence des dopants et le blocage de Coulomb.

64 65 66 67

0

1n

2n

3n

4n

5n V

= 5.2mV T = 4.2K

V

= 4.6mV

I

( A

)

V

( V )

Figure 55 : Courant de drain en fonction de la tension de grille arrière pour deux valeurs de

tension de drain pour un nanofil de dopage 2.5x10

cm

. La périodicité nette des courbes

démontre que le transport est dominé par le blocage de Coulomb dans un îlot unique de

10nm de longueur (calculée à partir de la période de grille).

A basse température, nous avons observé une structure complexe des diagrammes de

stabilité : plusieurs périodes, dédoublement des diamants. Nous avons montré que dans ces cas

nous sommes en présence d’un système d’îlots en série. Dans le prochain chapitre nous allons

étudier plus en détail le cas de systèmes à plusieurs îlots ainsi que les chemins de conduction.

IV.7 Bibliographie

[1] E. A. Gutiérrez-D., J. Deen, C. Claeys. Low Temperature Electronics: Physics, Devices,

Circuits and Applications. New York: Academic Press; 1996.

[2] D. A. Poole, M. Pepper, H. W. Myron. Loss of dimensionality, localisation and