2-1) Influence de la dimension des diodes sur les caractéristiques

Afin de pouvoir comparer l’effet de la dimension des contacts sur les inhomogénéités de la hauteur de barrière, nous avons effectué des mesures de courant sur trois composants de différentes longueurs de grilles. Ces trois échantillons ont été extraits d’un même motif de test (PCM) et la distance qui sépare un composant d’un autre est d’environ 200µm. Le but de cette étude est d’analyser une zone très localisée de la plaque. A ce niveau, on estime que le seul paramètre variable est la surface du contact MS (de 10^-2 µm² à 10⁴ µm^-2). La gamme de température explorée s’étend de 100 K à 400 K. La figure IV.8 montre le réseau des caractéristiques I(V) des trois échantillons.

On remarque que la diode de plus petite surface (FD) présente un comportement « normal » sur toute la gamme de température. Lorsqu’on augmente la surface du contact, le comportement du courant change et on voit apparaitre des signes d’inhomogénéité des diodes à basse température. Cet effet est beaucoup plus flagrant dans le cas des grandes dimensions où on peut observer une distorsion complète du réseau des caractéristiques à basse température.

Figure IV.8 : Mesures de courant en direct en fonction de la température pour trois dimensions de grille d’un même PCM de test (a)diode faible dimension (FD), (b) diode moyenne dimension (MD) et (c) diode grande dimension (GD)

(a) (b)

Le mécanisme complexe qui domine à basse température peut être décrit par l’apparition de multiples barrières en dessous de la barrière haute à travers lesquelles le passage des porteurs serait favorisé. Cet effet commence à disparaitre au fur et à mesure du chauffage jusqu'à son élimination totale à partir de 300 K dans le cas des diodes de grande surface (GD). On peut alors conclure que l’influence de ces barrières multiples est écrantée à haute température (figure 8(c)).

Afin d’analyser plus finement ce mécanisme, les hauteurs de barrière et les coefficients d’idéalité de toutes les mesures ont été extraits. Il faut noter que l’extraction a été faite dans la zone linéaire des graphes log(I)= f(V) qui correspond à la barrière haute pour pouvoir comparer le même type de barrière pour les trois échantillons. La figure IV.9 montre l’évolution du coefficient d’idéalité ainsi que de la hauteur de barrière avec la température.

On peut remarquer une quasi-stabilité du facteur d’idéalité dans la diode de petite surface (FD). Il passe de 1.26 à 100 K et 1.09 à 350 K. Cette stabilité montre que le comportement de cette diode s’approche du modèle thermoïonique pur où le facteur d’idéalité est égal à 1. Dans le cas des diodes de grande surface (MD et GD) ce modèle n’est plus valable puisque le facteur d’idéalité passe de 2.25 à 1.16 pour la même gamme de température. A basse température, dans le cas des grandes surfaces, l’inhomogénéité a une plus forte influence et le transport de courant est susceptible d’être dominé par le passage des porteurs via les barrières multiples ce qui fait augmenter le facteur d’idéalité.

L’évolution de la hauteur de barrière avec la température montre une augmentation de 450 mV entre 100 K et 400 K pour toutes les diodes. Ce comportement ne semble pas provenir de Figure IV. 9 : Comparaison des coefficients d’idéalité et des hauteurs de barrière avec la température des trois

l’effet de la force image décrit par l’équation IV-11. Nous avons calculé la contribution de cet effet et nous avons trouvé qu’il produirait un abaissement de la barrière qui ne dépasserait pas 2 mV entre 100 et 400 K pour toutes les surfaces. Ceci montre à nouveau la déviation par rapport au modèle thermoïonique.

Par ailleurs, on note, sur toute la gamme de température, une hauteur de barrière d’autant plus basse que la surface du contact est grande : diminution de l’ordre de 0.15 V dans le cas de la diode de surface intermédiaire et de 0.3 V dans le cas de la plus grande surface.

Si on trace l’évolution de la hauteur de barrière B d’une diode en fonction du coefficient d’idéalité n mesurés à température ambiante, on obtient le graphe reporté en figure IV-10. On voit que toutes les diodes se situent sur une même droite.

A noter que le point A₃ intercalé dans la courbe correspond bien à une surface intermédiaire mais à un composant extrait d’une zone de la plaque différente des trois autres. Comme nous pouvons le remarquer, la hauteur de barrière augmente lorsque la surface du contact diminue et l’extrapolation de la barrière à n=1 donne une hauteur de barrière B = 1.13 V pour une diode idéale (n=1). Dans ce système de matériaux et avec cette technologie, pour être idéale à température ambiante, un contact Schottky ne devrait donc pas dépasser une certaine surface (inférieure à toutes celles des diodes mesurées ici).

Jusqu’à maintenant, nous avons montré de manière qualitative que l’inhomogénéité spatiale de l’interface MS peut induire des anomalies flagrantes dans les mesures de courant. Dans le cas des diodes de grande surface (MD et GD), ces anomalies peuvent aller jusqu'à une forte distorsion des réseaux I(V). Assurément, les mécanismes de barrières multiples qui

Figure IV.10 : Hauteurs de barrière en fonction des coefficients d’idéalité correspondants extraits à température ambiante pour 4 diodes de différentes surfaces.

apparaissent à basse température rendent l’exploitation des valeurs expérimentales impossible sur toute la gamme de tension. En effet, aucun modèle décrit dans la littérature ne permet d’exploiter ce comportement puisque l’ajustement d’un tel courant nécessiterait l’insertion de plusieurs barrières qui peuvent interagir entre elles.

Il faut noter que les caractéristiques des diodes de grande surface peuvent présenter des comportements différents de celui considéré ci-dessus. En effet, selon l’endroit sur la plaque, l’inhomogénéité est plus ou moins marquée. Nous avons choisi des diodes dans des zones à caractère plus homogène. En particulier à basse température, on peut obtenir une caractéristique I(V) présentant 2 barrières bien distinctes : c’est ce type de diode qui est l’objet du paragraphe suivant.