Structures doubles

La structure SET caractérisée par la suite est constituée d’un îlot relié aux ar-rivées de courant d’un côté par une jonction tunnel en oxyde, et de l’autre par une jonction à cassure.

16. Couche du dessous (100 nm): MMA "Methyl MethAcrylate" et couche du dessus (600 nm): PMMA "PolyMethyl MethAcrylate" - aussi connu sous le nom de plexiglas.

17. Ainsi l’aluminium évaporé par la suite ne peut pas adhérer sur les flancs verticaux. 18. La gravure se fait enRIE: Reactive Ion Etching.

F_. 2.11 – Structure du SET utilisé. A gauche, nous avons une jonction à cas-sure, à droite une jonction tunnel en oxyde d’aluminium. Une électrode de grille se rapproche de l’îlot par le haut.

L’idée est de pouvoir caractériser la jonction fixe (en oxyde) alors que la jonc-tion à cassure n’est pas encore cassée, puis d’ouvrir la joncjonc-tion à cassure et de ca-ractériser l’ensemble. Une structure comprenant deux jonctions à cassures n’a pas été mesurée, car elle aurait été trop compliquée à comprendre sans avoir d’abord caractérisé le cas intermédiaire.

Evaporation en incidence rasante : Afin de réaliser une jonction tunnel en oxyde, nous avons utilisé le principe de l’évaporation en incidence rasante. Notre masque est comme auparavant constitué de deux couches (PMMA et MMA). Lors du développement de la structure, la couche de MMA est plus fortement dévelop-pée que celle de PMMA donnant lieu à une structure tel que décrit par l’image a dans la figure 2.12.

Si l’on incline l’échantillon, il devient possible d’évaporer l’aluminium sous un angle donné b . La structure définie par l’ouverture dans le masque de PMMA sera reproduite de façon décalée sur la couche de polyimide sous-jacente. Puis, la structure est mise en présence d’oxygène c à une pression donnée, afin d’oxy-der superficiellement l’aluminium. Enfin, une seconde évaporation en incidence rasante avec un angle opposé d est réalisée. De cette manière, les structures dé-calées sont connectées au travers d’une fine couche d’oxyde d’aluminium faisant office de barrière tunnel.

La structure réelle est donnée par le masque défini ci-dessous:

F_. 2.13 – A gauche en B , schéma de la structure SET utilisée (En A vue d’en-semble). Les deux contacts de droite (3) et (4) sont reliés à la grille et permettent de tester si la grille est bien contactée aux câbles de mesure. Le contact (1) est relié à la jonction cassure, le contact (2) est relié à la jonction tunnel.

A droite en C , nous avons la structure centrale. On peut y voir à gauche la jonc-tion à cassure et à droite la structure qui permettra de réaliser la joncjonc-tion tunnel (la jonction tunnel est créée par la superposition de l’îlot bleu et de la structure jaune). La seconde structure évaporée en incidence rasante après oxydation de la première structure, est représentée en jaune.

Cette structure permet de garder un îlot central relativement petit. En effet, une fois le pont suspendu de la jonction à cassure gravé, l’îlot sera lui aussi libéré du substrat. Or comme le recouvrement (à droite sur la figure 2.13) des deux niveaux de métal est grand, l’îlot sera tenu par la jonction tunnel à droite.

F. 2.14 – Image MEB d’une structure mixte: jonction tunnel en oxyde/jonction à cassure. Pour cette structure, l’angle suivant lequel l’évaporation a eu lieu n’était pas suffisant. A droite la jonction tunnel n’est pas connectée à l’îlot central, et à gauche, "l’image" de l’îlot, a été évaporée sur la jonction à cassure au lieu d’être décalée plus loin sur le contact électrique. D’après les mesures sur la figure, le décalage entre les deux structures évaporées était de 450 nm, et il manquait plus de 135nm. La grille était à 80 nm de l’îlot et la jonction à cassure aurait eu une largeur de 160nm.

Comme la structure mesurée électriquement a été détruite, probablement dans un plasma hélium, une structure semblable est montrée en 2.14.

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Résultats

Ce chapitre débute par une évaluation des performances du cryostat. Cette éva-luation passe par l’examen des mesures de gap supraconducteur et de champ cri-tique de l’aluminium, mesures nous permettant d’évaluer la température électro-nique du cryostat.

Nous présentons ensuite la caractérisation aux basses températures d’une jonction en aluminium non étirée. Les sauts supraconducteurs en champ magnétique, tem-pérature et courant y sont examinés.

Dans une troisième section, nous rapportons des courbes d’ouverture et de ferme-ture, en nous concentrant en particulier sur les derniers plateaux de la conductance. Des caractéristiques I(V) mesurées sur ces derniers plateaux nous permettent d’étu-dier les réflexions d’Andreev et par la même de tirer quelques conclusions sur les configurations préférentielles des contacts atomiques en aluminium.

Ce chapitre s’achève sur une dernière section dédiée à la mesure du blocage de Coulomb et des réflexions d’Andreev dans une structure SET.

3.1 Caractérisation du cryostat

Le cryostat, dans sa conception initiale, était doté d’un câblage en fils de man-ganin nus enroulés autour de barres de cuivres et collés à l’aide d’une colle basses températures1afin d’améliorer le contact thermique.

Ces câbles présentaient tous un court circuit vers la terre compris entre 20Ωet 2MΩ, ce qui ne permettait pas de faire de mesures spectroscopiques sur une jonc-tion à cassure en régime tunnel à 1MΩ2. Nous avons donc dû modifier ce câblage pour le remplacer, à l’issue de plusieurs essais, par un câblage constitué de câbles torsadés en manganin, blindés à l’aide d’un enlacement de fils d’acier inoxydable

1. Probablement la colle "Varnish IMI 7031" de la firme GVL Cryoengineering - Lecomte 2. On considère que, pour une erreur de mesure acceptable, la résistance d’un court circuit doit être au minimum 10 fois plus grande que la résistance à mesurer.

et avec un isolant en téflon³. Ces câbles étaient enroulés autour de barres en cuivre à chaque étage du cryostat afin d’assurer la thermalisation. Ils ont permis d’obtenir la caractéristique présentée plus loin à la figure 3.1. Une estimation de la tempé-rature électronique (largeur du gap à mi hauteur) nous mène à une tempétempé-rature de l’ordre de 1K pour une température phononique de 50 mK. Ainsi une nouvelle sé-rie de modifications nous a mené au câblage final. Celui-ci était constitué de filtres à poudre de cuivre et de câbles torsadés de manganin, blindés cette fois-ci dans un tube en acier inox et avec du silicone comme diélectrique (voir la description du câblage dans la section 2.2). Ce câblage nous a permis d’obtenir les mesures de la figure 3.2.