• Langue : Français
• Discipline : Sciences des matériaux
• Identifiant : Inconnu
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 01/01/2001

Résumé en langue originale

Depuis l'introduction du circuit intégré à la fin des années 1950, le nombre de transistors par «puce» n'a cessé de croître, quadruplant approximativement tous les trois ans. Dans ce contexte, la réalisation de composants basés sur une molécule unique, un îlot métallique ou un îlot semiconducteur de dimensions nanométriques (nanostructure) a suscité un intérêt croissant. Les propriétés de transport d'une nanostructure de semiconducteurs sont différentes de celles d'un composant classique (transistor MOSFET) et sont dominées par deux effets. D'une part, le confinement quantique sépare progressivement les niveaux électroniques de l'îlot quand son volume diminue. D'autre part, le rôle joué par les interactions électroniques est d'autant plus important que l'îlot est petit : l'addition d'un électron dans l'îlot modifie significativement son potentiel électrique. Ces «effets à un électron» peuvent être utilisés pour contrôler le passage des porteurs et réaliser toutes sortes de dispositifs innovants, tels que des mémoires et des transistors à un électron. Les nanocristaux de semiconducteurs, qui se présentent grossièrement comme des sphères dont le diamètre est compris entre 2 et 15 nm environ, sont de bons candidats pour la réalisation de dispositifs à un électron fonctionnant à température ambiante. Dans cette perspective, des expériences de spectroscopie tunnel ont été réalisées pour explorer le potentiel et caractériser les propriétés de transport des nanocristaux de semiconducteurs. Les spectres de conductance mesurés sur les nanocristaux avec la pointe d'un microscope à effet tunnel (STM) présentent de nombreux pics liés aux effets du confinement quantique et aux effets à un électron [voir par exemple U. Banin et al., Nature 400, 542 (1999)]. Ces pics ont été attribués aux électrons (trous) qui transitent de la pointe STM dans l'îlot à polarisation positive (négative). Toutefois, l'interprétation des ces expériences reste délicate et controversée. Nous nous sommes donc donnés pour objectif d'affiner cette interprétation et de progresser dans la compréhension de la spectroscopie tunnel. A cet effet, nous avons tout d'abord calculé la structure électronique des nanocristaux avec un modèle de liaisons fortes semi-empiriques. Nous avons proposé une nouvelle méthode de paramétrage et développé une technique numérique qui permettent d'appliquer les liaisons fortes à des nanocristaux de grands diamètres (~15 nm). Nous avons ensuite discuté les propriétés générales des spectres de conductance. Nous avons notamment étudié l'interprétation de la zone sans courant et démontré que les électrons et les trous pouvaient transiter tous les deux dans les nanocristaux à polarisation positive ou négative suffisamment élevée (transport combiné électrons-trous). Nous avons enfin calculé les interactions électroniques à l'intérieur des nanocristaux avec un modèle auto-cohérent (Schrödinger-Poisson). Nous nous sommes particulièrement intéressés au cas des nanocristaux d'InAs de U. Banin et al. Nous avons montré que le transport combiné électrons-trous modifiait profondément l'interprétation des caractéristiques I(V) mesurées sur ces nanocristaux à polarisation négative. Ce travail constitue la première interprétation complète de ces expériences.