Utilisation d'une gravure locale

Dans les nanols de silicium, un eet de connement et donc une augmentation

de la bande interdite est prévue lorsque le diamètre devient inférieur à 5 nm [6]. Ainsi,

en gravant localement le nanol pour obtenir une épaisseur de 5 nm ou moins, une

augmentation de la bande interdite va apparaître localement, ayant pour eet la

formation d'une barrière de potentiel dans la bande de conduction du nanol, de

la même façon que pour une modulation de dopage. La gravure réalisée est décrite

dans le chapitre 3 au paragraphe III.4.7 page 111 et consiste en un plasma 0

2

de 5

secondes, pour enlever complètement la résine dans l'ouverture, suivi d'une gravure

au CHF

3

/CF

4

pendant 35 secondes. Ce temps d'attaque correspond à une gravure

de 12 nm. Partant d'une épaisseur de 17 nm, on s'attend donc à une épaisseur nale

de 5 nm.

Le reste de résine est ensuite enlevé à l'acétone, puis des mesures ont été eectuées

et sont présentées sur la gure V.8 (courbes en pointillées) pour deux exemples de

nanols, de type N et P. Nous constatons alors que la caractéristique I(V) présente

bien un plateau de courant nul, comme nous l'attendions.

Fig. V.8 Mesures du courant obtenu juste après le plasma et la gravure, et du

courant obtenu après dépôt d'oxyde et métallisation (les échelles ne sont pas les

mêmes). (a) Fil de type P, de 1400 nm de long pour 20 nm de large (structure de

type B). (b) Fil de type N, de 500 nm de long pour 10 nm de large (structure de

type A).

Ensuite, de la même façon que précédemment, un oxyde de 30 nm est déposé

ainsi que les grilles métalliques. Des mesures sans utiliser les grilles ont été refaites

(courbes en trait plein sur la gure V.8), et nous pouvons observer à nouveau une

diérence entre les caractéristiques juste après le plasma et la gravure (courbes en

pointillés) et celles après l'ensemble du procédé. Ceci indique que les cinq secondes

V.2 Modulation de la bande de conduction des nanols : possibilité de

réalisation d'un décodeur

de plasma ont eu un eet sur la conduction dans les nanols, de la même façon que

lors du plasma O

2

de 20 secondes (i.e. le courant diminue fortement). Cependant,

même si le courant a ré-augmenté, un plateau plus ou moins grand est toujours

présent sur les mesures nales, montrant eectivement la présence d'une barrière de

potentiel au sein du nanol due à la gravure locale.

Cette barrière étant présente, nous avons par la suite réalisé des mesures en

fonction des grilles situées au-dessus du nanol. Un schéma présentant l'architecture

du dispositif avec la localisation de la gravure et des grilles supérieures, ainsi que les

notations utilisées par la suite pour les mesures, est donné sur la gure V.9.

Fig. V.9 Schéma montrant l'emplacement de la gravure locale, et des grilles

su-périeures et donnant les notations utilisées pour les mesures.

Deux types de mesures sont eectuées : soit les tensions de grille sont xées et

nous faisons varier la tension aux bornes du l (c'est-à-dire V

Gauche

, V

Droite

étant à

la masse), soit la tension aux bornes du l est xée et nous faisons varier séparément

les tensions de grille (l'autre grille est laissée à la masse). La gure V.10 présente

ces deux types de courbes pour un l de type P, de longueur 1400 nm et de largeur

20 nm.

Sur le premier type de courbe (V.10a), nous pouvons voir que la mesure sans

tension de grille (courbe noire) présente une légère inection autour de 0V. Nous

remarquons également que l'application d'une polarisation sur la grille du bas a un

eet négligeable sur la mesure (courbes verte et violette), montrant que cette grille

n'a pas d'eet sur le courant puisqu'elle est située à côté de la gravure formant la

barrière de potentiel. En revanche, la grille du haut, située au-dessus de la gravure, a

un eet important sur le courant : en appliquant -5V sur la grille (courbe rouge), la

caractéristique devient complètement linéaire, et en y appliquant 5V (courbe bleue),

une zone de courant nulle sur près de 4V est obtenue. Ceci nous montre bien que

cette grille nous permet de faire varier la hauteur de barrière et que pour une valeur

de -5V, la hauteur est nulle.

Le deuxième type de mesure eectuée (V.10b) nous montre bien la diérence de

comportement obtenu pour les deux grilles. Pour une polarisation de 1V aux bornes

CHAPITRE V. APPLICATIONS DES NANOFILS ET

PERSPECTIVES

Fig. V.10 Mesures du courant pour un l de type P (longueur : 1400 nm, largeur :

20 nm, structure de type B). (a) Courbes de courant en fonction de la tension sur

le l, pour des valeurs de grilles xées. (b) Courbes de courant en fonction des deux

tensions de grille pour une tension aux bornes du l xée à 1V.

du l, en faisant varier la tension de la grille du haut de -5V à 5V, le courant dans

le nanol passe de 4.3µA à 3 nA, soit un rapport I

ON

/I

OF F

de∼1430. En revanche,

la même mesure pour la grille du bas ne montre pas d'évolution du courant, celui-ci

reste compris entre 2.2 et 2.9 µA. Ce résultat est identique à celui présenté à la

gure V.3a avec un nanol dont le dopage varie le long du l.

Une autre mesure, eectuée sur un nanol de type P de 500 nm de long et 10 nm

de large, est présentée à la gure V.11. Comme le nanol est plus court, les grilles

sont plus rapprochées : l'espace entre les grilles est de 150 nm, contre 550 nm pour

l'exemple précédent. Nous pouvons constater que même à cette distance, les deux

grilles jouent chacune leur rôle, la grille du bas n'ayant quasiment pas d'eet sur

le courant dans le nanol (∼100 nA quelle que soit la polarisation de la grille). La

grille du haut, en revanche, fait varier le courant de 4 µA à 1 pA (valeur limitée

par l'appareil) pour des tensions de grille allant de -5V à 5V. Le courant ne sature

pas encore à -5V, mais nous pouvons dire que le rapport I

ON

/I

OF F

est supérieur à

4x10

6

.

Enn, des mesures sur le type N ont donné des résultats similaires. La gure V.12

présente le même type de courbes que pour la gure V.11. La tension de grille

né-cessaire pour abaisser la barrière est maintenant positive, et nous pouvons constater

le même comportement que pour le type P, à savoir que la grille du bas n'a aucun

eet sur le courant (∼3 nA quelle que soit la tension de grille), alors que celle du

haut permet de modier la hauteur de la barrière de potentiel, et donc le courant.

Celui-ci passe de 90 nA à 20 pA (pour une polarisation de grille allant de (5V à

-5V). Le courant ne saturant pas à 5V, nous pouvons dire que le rapport I

ON

/I

OF F

est cette fois supérieur à 4500.

Le tableau V.1 donne un récapitulatif des valeurs de courant mesurées en fonction

de la grille positionnée au-dessus de la gravure locale.

V.2 Modulation de la bande de conduction des nanols : possibilité de

réalisation d'un décodeur

Fig. V.11 Mesures du courant pour un l de type P (longueur : 500 nm, largeur :

10 nm, structure de type A). (a) Courbes de courant en fonction de la tension sur

le l, pour des valeurs de grilles xées. (b) Courbes de courant en fonction des deux

tensions de grille pour une tension aux bornes du l xée à 1V.

Fig. V.12 Mesures du courant pour un l de type N (longueur : 500 nm, largeur :

10 nm, structure de type A). (a) Mesure du courant en fonction de la tension sur

le l sans polarisation sur les grilles. (b) Courbes de courant en fonction des deux

tensions de grille pour une tension aux bornes du l xée à 2V.

Fil Courant à -5V Courant à 5V rapport I

ON

/I

OF F

1400 nm, 20 nm, type P 4.3 µA 3 nA ∼1430

500 nm, 10 nm, type P 4µA 1 pA >4x10

6

500 nm, 10 nm, type N 90 nA 20 pA >4500

Tab. V.1 Récapitulatif des valeurs de courant et des rapport I

ON

/I

OF F

pour les

diérents ls présentés en fonction de la tension de grille se situant au-dessus de la

gravure locale.

CHAPITRE V. APPLICATIONS DES NANOFILS ET

PERSPECTIVES

Dans le document Fabrication top-down, caractérisation et applications de nanofils silicium (Page 161-165)