Détection par les mesures de transport

Dans ce paragraphe, nous nous intéressons à la réponse du nanotube SC1 à deux injections de charges successives dans la surface d'oxyde à proximité du nanotube comme schématisé dans la gure 3.12(a).

La première injection de charges (I1) est faite à Vinj = +6V induisant donc une in-jection locale de trous. La seconde inin-jection (I2) quant à elle est faite à Vinj = −6V et induit une injection locale d'électrons. Ces deux injections sont distinctes spatialement et situées à environ 200 nm du nanotube. Nous donnons l'exemple de l'injection (I1), imagée en EFM sur la gure A.2 située dans l'annexe.

Les caractéristiques de transfert IDS(VGS)avant et après les injections de charges sont relevées à VDS = −1V par un balayage de VGS = 0V à VGS = −8V. Ces dernières sont présentées dans les gures 3.14(b) et 3.14(c) respectivement pour I1 et I2. On observe alors que pour chaque injection, le nanotube est sensible aux charges injectées.

En ce qui concerne d'abord l'injection I1 de trous, nous observons dans la gure 3.14(b) que l'injection de charges positives induit un décalage de la caractéristique de transfert vers les potentiels de grille plus positifs. Ceci signie qu'à VGSxé, le courant IDS circulant dans le nanotube est plus important, et donc que le potentiel électrostatique du nanotube est plus négatif. Cette observation traduit l'eet d'une grille locale négative alors que les charges injectées sont positives.

En ce qui concerne l'injection I2 d'électrons, nous observons dans la gure 3.14(c) que l'injection de charges négatives induit un décalage de la caractéristique de transfert vers les potentiels de grille moins positifs. Ceci signie qu'à VGSxé, le courant IDS circulant dans

Fig. 3.13 Injection de charges locales à proximité d'un CNTFET (a) Image AFM du CNTFET SC2, la barre d'échelle correspond à 1µm. (b)Image de KFM avant l'injection de charges du transistor SC2. (c) Image de KFM après l'injection de charges négatives à proximité du nanotube.

Fig. 3.14 (a) Image AFM du nanotube de carbone semiconducteur SC1 connecté en drain (haut) et source (bas) en Pd :25 nm. Le symbole indique les point d'injections de charges respectivement I1 et I2 par la pointe AFM à V_inj = +6V et V_inj = −6V respectivement. La barre d'échelle correspond à 500 nm.(b) Caractéristique de transfert de SC1 avant et après l'injection I1. (c) Caractéristique de transfert de SC1 avant et après l'injection I2.

le nanotube est moins important, et donc que le potentiel électrostatique du nanotube est plus positif. Cette observation traduit l'eet d'une grille locale positive alors que les charges injectées sont négatives.

Pour chaque injection de charges, on observe un décalage de la caractéristique de transfert dû à un eet de grille de signe opposé aux charges injectées, ce qui nous permet de conjecturer sur la génération de charges de signes opposées pendant le mécanisme d'injection.

Nous nous intéressons maintenant au transistor SC2 où nous avons eectué deux injec-tions de charges P1 et P2 à Vinj=−6V décrits sur la gure 3.15(a). La seconde injection P2 est eectuée 14 heures après la première injection P1. Nous montrons la réponse du nanotubes aux injections de charges du point de vue des caractéristiques courant-tension IDS(VDS) an de vérier que l'eet observé plus haut n'est pas un eet de dérive du fonc-tionnement du transistor lors des cycles successifs de polarisation de grille VGS. C'est pourquoi nous relevons uniquement les caractéristiques courant-tension avant et après les injections de charges sans balayage de la tension de grille.

Les caractéristiques courant-tension avant les injections de charges sont relévées pour VDS de 0 à -3V pour VGSde -3V à -12V variant par pas de -3V et sont représentées dans la gure 3.15(b) par des carrés noirs. On observe que le transistor SC2 a un fonctionnement de type p comme le nanotube SC1 avec un courant IDS augmentant avec les VGSnégatifs. La première injection P1 à Vinj=−6V induit un piégeage de charges négatives locale à proximité du nanotube (environ 200 nm). Après l'injection P1, on relève les caractéris-tiques courant-tension de la même façon que précédemment et sont représentées dans la

3.3. DÉTECTION DE CHARGES HORS-ÉQUILIBRE PAR UN CNTFET 71

Fig. 3.15 (a) Image AFM du nanotube SC2. Les symboles en P1 et P2 indiquent les points d'injection à

Vinj=−6V. La barre d'échelle correspond à 1µm. Les électrodes de gauche et de droite sont respectivement de drain et de source. (b) Réponse des injections P1 et P2 sur la caractéristique IDS(VDS). Les courbes en noir représentent les caractéristiques avant les injections, en rouge après la première injection P1 et en vert après la seconde injection P2 (14 heures après P1).

gure 3.15(b) par des cercles rouges. On observe alors que le courant IDS diminue pour chaque tension VGS. Comme dans le cas de l'injection I1 ceci signie que le courant IDS

circulant dans le nanotube est moins important, et donc que le potentiel électrostatique du nanotube est plus positif. Cette observation traduit l'eet d'une grille locale positive alors que les charges injectées sont négatives.

Quatorze heures plus tard, les caractéristiques IDS(VDS)sont sensiblement identiques à celles d'après l'injection P1 (cercles rouges). On reproduit alors l'expérience avec une se-conde injection de charges négatives P2 à Vinj=−6V spatialement distincte de l'injection P1 comme montrée sur la gure 3.15(a). On relève de nouveau les caractéristiques IDS(VDS)

comme précédemment et les représentons par des triangles verts sur la gure 3.15(b). La seconde injection P2 a le même eet que l'injection P1 et diminue le courantIDS à VGS

xe. Cette observation traduit de nouveau l'eet d'une grille locale positive alors que les charges injectées sont négatives.

En conclusion de cette première analyse par le transport du CNTFET, nous pouvons dire que l'injection de charges locales à proximité du nanotube implique un décalage des caractéristiques électriques du transistor traduisant la sensibilité du nanotube aux charges injectées. De plus, nous avons montré qu'une injection de charges locales impliquait un eet de grille de signe opposé à celui de la face arrière. La problématique est désormais

de connaître l'origine de cette inversion dans les décalages des caractéristiques électriques et de pouvoir quantier la sensibilité du CNTFET aux charges injectées.