Etude des comportements en champ et en température des défauts induits par effet tunnel Fowler-Nordheim dans des oxydes de grille minces et ultra-minces de capacité MOS au silicium

Non disponible / Not availableL'objectif de ce travail consistait à contribuer d'une part à l'étude du mécanisme de création des défauts dans des oxydes de grille minces et ultra-minces et à l'interface Si/Sio [indice]2 des structures MOS (métal-oxyde-semi-conducteur) et d'autre part, à l'étude des comportements de ces défauts suivant la variation du champ électrique en régime Fowler-nordheim et de la température. Pour cela, deux technologies différentes (LIR04 et CAPMUL) ont subi des injections homogènes d'électrons à partir de la grille à forts champs électriques et à différentes températures (de 77 a 400 k). Il a été trouvé que le mécanisme de génération (ionisation par impact bande à bande, création et ionisation de pièges neutres, ...), la nature électrique (défauts d'oxyde positifs et/ou négatifs), la nature chimique (trous pièges, centres e, état lents, ...) Et le comportement thermique (activation ou non-activation thermique du mécanisme de génération) peuvent dépendre de la technologie étudiée. Dans les échantillons LIR04, la charge positive a été générée par ionisation par impact et les états d'interface ont été crées directement par les électrons chauds, et par un processus de conversion de trous lors d'un réchauffement. Dans les échantillons CAPMUL, les charges négatives ont été créées par capture d'électrons dans des pièges existants ou nouvellement créés, les charges positives ont été formées par ionisation par impact de pièges neutres. Quant à la création des états d'interface, elle suggère deux mécanismes: cassure de liaisons SI-H (loi exponentielle) et de liaisons SI-SIet SI-O distordues (loi linéaire). Dans cette étude, des modèles ont été suggérés pour l'explication de la génération des états d'interface et des défauts d'oxyde pour les deux technologies

Étude d'un gaz bidimensionnel d'électrons dans des hétérostructures AlGaAs/GaAs par des mesures courant-tension et bruit basses fréquences en température

Le travail de ce mémoire porte sur l étude des propriétés de transport électrique dans un gaz bidimensionnel d électrons dans des hétérostructures en AlGaAs/GaAs et sur la caractérisation par le bruit et ce, en polarisation et en température. L étude a montré la bonne qualité des hétérostructures étudiées (forte augmentation de la mobilité qui passe de 3800.cm2/V/s à 300 K à 1,84.106 cm2/V/s à 4 K et faible diminution de la densité qui ne dépasse pas 34 % dans certains cas). Une homogénéité de la résistivité et de la résistance de contact Rc a été observée selon les directions cristallines. Cependant, pour les séries à faible densité, Rc révèle une dégradation du contact à basse température. Pour améliorer le contact, une structure en dentelle a été adoptée. Les mesures I-V ont montré une saturation pour des températures T<80 K et à faible champ électrique E 5V/cm même en l absence de grille. Cette saturation serait liée à l effet Gunn et à la dispersion par alliage. L étude du bruit a montré une irrégularité de son évolution en fonction de la température. Les différentes contributions (bruit thermique, bruit G-R et bruit en 1/f) ont été étudiées. L évolution du bruit G-R en température a mis en évidence la présence de certains niveaux pièges avec des énergies d activation comprises entre 33 meV et 318 meV. Quant au bruit en 1/f, son spectre a été ajusté par la formule empirique de Hooge (a/Nfg). Les ordres de grandeur des deux paramètres a de Hooge et g (a 5.10-4 et g 1) confirment le caractère en 1/f. Une linéarité entre Log(a) v.s Log( ) avec une pente 1,7 ( 2) nous a permis d adopter le modèle avec une domination de la dispersion par phonons et une faible contribution par impuretés.The work of this memory concerns the study of the properties of electric transport in a twodimensional electrons gas in heterostructures in AlGaAs/GaAs and the characterization by the noise and this, in polarization and temperature. The study showed the good quality of the studied heterostructures (strong increase in the mobility which passes from 3800 cm2/V/s at 300 K to 1,84.106 cm2/V/s at 4 K, and weak reduction of the sheet density which does not exceed 34 % for some cases). A homogeneity of the resistivity and contact resistance was observed according to crystal directions. However, for the series with weak sheet density, Rc reveals a degradation of the contact at low temperature. To improve the contact, a new structure was adopted. I-V measurements showed a saturation for temperatures T<80 K even under a weak electric field (E 5V/cm) in the absence of grid. This saturation would be related to the Gunn effect and alloy scattering. The study of the noise showed an irregularity of its evolution according to the temperature. The various contributions (thermal noise, G-R noise, and 1/f noise) were studied. The evolution of the G-R noise in temperature highlighted the presence of level traps with thermal activation energies ranging between 33 meV and 318 meV. The 1/f noise spectrum was adjusted by the empirical Hooge formula (a/ Nfg). The orders of magnitude of the two parameters a Hooge and g (a 5.10-4 et g 1) confirm the character in 1/f. A linearity between Log(a) v.s Log( ) with a slope 1,7 ( 2) enabled us to adopt the model with a domination of phonons scattering and a weak contribution of impurities.REIMS-BU Sciences (514542101) / SudocSudocFranceF

Contribution à l étude du transport et du stockage de charges dans des structures contenant des nanocristaux de germanium

Le travail rapporté dans ce mémoire concerne la caractérisation électrique de nanocristaux de germanium (nc-Ge) élaborés par démouillage sur une couche de dioxyde de silicium. L étude est réalisée sous deux formes : En premier lieu, des mesures courant tension (I-V) et capacité (haute fréquence ; 1 MHz) tension (C-V) ont été effectuées pour caractériser des nanocristaux recouverts par du silicium amorphe. Les résultats ont montré l apparition du blocage de Coulomb à température ambiante dans des nc-Ge ayant le plus petit diamètre (~3.5 nm). Les mesures I-V et C-V ont révéle le phénomène de piégeage dans les nanocristaux. Ce dernier est conditionné par leur taille et densité moyennes, dont les effets ont été séparés grâce aux mesures en température. En conséquence, la variation en température du nombre moyen d'électrons piégés par nanocristal a permis d'accéder à une énergie d activation thermique qui s'est révélée être dépendante de la taille moyenne (ou du gap) du nanocristal. En deuxième lieu, des caractérisations par microscopie à force atomique en mode conducteur ont été effectuées sur des échantillons contenant des nc-Ge non recouverts. Là aussi, le transport et le piégeage ont été abordés en mettant en évidence l effet de la taille et la densité moyennes des nc-Ge. Des mesures EBIC (courant induit par faisceau d'électrons) en champ proche (NF-) ont aussi été menées pour cartographier l activité électrique en surface des échantillons. Elles ont été suivies par des mesures de la longueur effective de diffusion des porteurs minoritaires en excès. Les résultats ont montré que ce paramètre est réduit par la présence de nc-Ge et par l'augmentation de leur densitéThe work reported in this thesis is devoted to electrical characterization of germanium nanocrystals (Ge-ncs) elaborated by dewetting on a silicon dioxide layer which is thermally grown on a silicon substrate. The study is divided in two parts: First, current - voltage (I-V) and capacitance (high frequency; 1 MHz) - voltage (C-V) measurements were performed to characterize nanocrystals capped with amorphous silicon. Hence, Coulomb blockade effect at room temperature has been evidenced for nanocrystals with the smallest (~ 3.5 nm) mean diameter. Both I-V and C-V measurements revealed the charge trapping phenomenon in the nanocrystals. The latter is affected by Ge-ncs average size and density and the effects of these two parameters have been separated thanks to measurements at different temperatures. Accordingly, a thermal activation energy of the charge detrapping was calculated and shown to be dependent on the average size (or gap) of nanocrystal. Secondly, characterization with conductive atomic force microscopy was performed on samples containing uncapped nanocrystals. The effects of Ge-ncs size and density on charge trapping and transport have been studied. NF-EBIC (Near Field - Electron Beam Induced Current) measurements showed the electrical activity of sample surface with uncapped Ge-ncs. Finally, minority carrier diffusion lengths measurements have been made. The results showed that this key parameter is reduced by the presence of Ge-ncs and the enhancement of their densityREIMS-BU Sciences (514542101) / SudocSudocFranceF

INFLUENCE DE CONTRAINTES ELECTRIQUES BIDIRECTIONNELLES APPLIQUEES AUX STRUCTURES MOS

LES PROCESSUS D'ECRITURE ET D'EFFACEMENT PAR INJECTION D'ELECTRONS EN REGIME FOWLER-NORDHEIM A TRAVERS LES ELEMENTS MEMOIRES NON VOLATILES DE TYPE EEPROM INDUISENT LA CREATION DE DEFAUTS ELECTRIQUEMENT ACTIFS PRINCIPALEMENT DANS L'OXYDE DE GRILLE ET A SES INTERFACES. CES DEFAUTS SONT RESPONSABLES DES LIMITES DE FIABILITE DE CES COMPOSANTS. AFIN DE SIMULER CES CONDITIONS DE DEGRADATIONS, DE NOUVELLES PROCEDURES DE CONTRAINTE ELECTRIQUE ONT ETE APPLIQUEES : LES CONTRAINTES BIDIRECTIONNELLES. LES EXPERIENCES MENEES AINSI QUE LES MESURES DE CARACTERISATION ONT POUR BUT UNE MEILLEURE CONNAISSANCE DES MECANISMES DE DEGRADATION DES PROPRIETES ELECTRIQUES DES COUCHES MINCES D'OXYDE LORS D'INJECTION D'ELECTRONS SOUS CONTRAINTES BIDIRECTIONNELLES. DEUX TYPES DE CONTRAINTES BIDIRECTIONNELLES ONT ETE ETUDIES : A TENSION CONSTANTE ET A COURANT CONSTANT. LES CINETIQUES DE CREATION DE DEFAUTS D'OXYDE CHARGES NEGATIVEMENT ET POSITIVEMENT ONT BIEN MIS EN EVIDENCE LA NATURE NEUTRE DES DEFAUTS CREES AINSI QUE LEUR COMPORTEMENT AMPHOTERE. DES SECTIONS EFFICACES DE CAPTURE, DE VALEUR COMPRISE ENTRE 10 1 6 CM 2 10 1 5 CM 2, ONT ETE EXTRAITES VIA DES PROCEDURES PERMETTANT LA NEUTRALISATION ET/OU LA RELAXATION DE LA CHARGE POSITIVE. NOUS NOUS SOMMES INTERESSES EGALEMENT A LA CINETIQUE DE GENERATION DES ETATS D'INTERFACE (DEFAUTS D'INTERFACE SILICIUM / OXYDE) AINSI QU'A LEUR COMPORTEMENT VIA A VIS DE LA POLARITE DU CHAMP DE CONTRAINTE (OU SENS D'INJECTION DES ELECTRONS). DANS LA CINETIQUE DE CREATION, DEUX COMPORTEMENTS ONT ETE OBSERVES : D'ABORD, NOUS AVONS CONSTATE QU'A TENSION GRILLE CONSTANTE, LA DENSITE DES ETATS D'INTERFACE ATTEINT UNE VALEUR DE SATURATION, ALORS QU'A COURANT CONSTANT AUCUNE SATURATION N'A ETE OBSERVEE. PUIS NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE UN COMPORTEMENT DIPOLAIRE DE CES ETATS D'INTERFACE. EN PERSPECTIVE, IL SERAIT UTILE D'ETENDRE CETTE NOUVELLE PROCEDURE DE CONTRAINTE A DES ECHANTILLONS D'EPAISSEURS D'OXYDE DIFFERENTES ( 5 NM). PUIS DE LA RENDRE DYNAMIQUE (FREQUENTIELLE) OU IMPULSIONNELLE AFIN DE SE RAPPROCHER DAVANTAGE DES PROCEDES DE PROGRAMMATION DES COMPOSANTS MEMOIRES.REIMS-BU Sciences (514542101) / SudocSudocFranceF

Détermination par nano-EBIC et par simulation de Monte-Carlo de la longueur de diffusion des porteurs minoritaires (application à des structures contenant des nanocristaux de germanium)

L objectif de ce travail de thèse est d étudier certaines propriétés locales de structures contenant des nanocristaux de Ge sur leur surface par utilisation de la technique nano-EBIC(courant induit par bombardement électronique et collecté par un nano-contact). La particularité de cette technique qui utilise le même principe que la technique EBIC classique est l utilisation d une pointe conductrice d un AFM (microscope à force atomique) à la place d une électrode standard. Nous nous sommes intéressés à la détermination de la longueur de diffusion effective (Leff) et l étude de sa variation en fonction de paramètres tels que l énergie primaire et la taille des nanocristaux. Leff augmente pour les faibles énergies primaires, passe par un maximum qui dépend de la taille des nanocristaux, puis diminue pour les énergies élevées. Ce comportement de l évolution de Leff a été expliqué en chapitre 2. Cependant, ce résultat n a jamais été observé auparavant. C est pourquoi, nous avons complété ce travail par une étude basée sur la simulation Monte-Carlo, où l effet de plusieurs paramètres a été analysé. Parmi les paramètres étudiés, on cite la taille et la forme du nano-contact (ou plus précisément la taille de la nano-zone de déplétion qui se forme sous le contact), la vitesse de recombinaison en surface et l énergie primaire. La simulation donne le même comportement de variation de Leff que dans le cas expérimental.The objective of this work is to study certain local properties of structures containing on their surface Ge nanocrystals by using the nano-EBIC (Electron beam induced current collected by a nano-contact). The peculiarity of this technique which uses the same principle as the classical EBIC technique is the use of a conductive AFM (atomic force microscope) tip instead of a standard electrode. We were interested in the determination of the effective diffusion length (Leff) and the study of its variation according to parameters such as the primary energy and the size of nanocrystals. Leff increases for weak energies, reaches a maximum which depends on the nanocrystal size, then decreases for high energies. This behavior of the evolution of Leff was explained in chapter 2. However, this result has never been reported previously. That is why we completed this work by a study based on the Monte-Carlo simulation, where the effect of several parameters was analyzed. Among the parameters studied, we quote the size and the shape of the nano-contact (or more exactly the size of the depletion nano-zone formed under the contact), the surface recombination velocity and the primary energy. The simulation gives the same behavior of Leff variation than the experimental case.REIMS-SCD-Bib. electronique (514549901) / SudocSudocFranceF

Contribution à l étude du bruit basse fréquence dans des hétérostructures AlGaAs/GaAs/AlGaAs

Le travail présenté dans ce mémoire a pour objet la caractérisation d un gaz bidimensionnel d électrons dans une hétérostructure AlGaAs/GaAs/AlGaAs par la méthode de bruit basse fréquence à des différentes tensions de polarisation et à différentes températures (4 - 300K). Plusieurs sources de bruit contribuant au spectre total de bruit (bruit thermique, bruit de génération - recombinaison (G-R) et bruit en 1/f) ont été identifiés. Grâce au bruit thermique, nous avons montré qu il est possible d accéder aux résistances de contact. L analyse du bruit de G-R a permis d identifier des défauts sources de ce type de bruit. Pour ce faire, il a fallu déterminer les énergies d activation thermiques et les sections efficaces de capture caractérisant ces défauts. L étude du bruit en 1/f a été faite de deux manières ; d abord l application du modèle de Hooge a permis de montrer que ce bruit est causé essentiellement par la fluctuation de la mobilité du réseau. Puis, l application du modèle modifié de Handel a permis de renforcer la proposition de la fluctuation de la mobilitéThe study presented in this manuscript is devoted to characterize a two dimensional electron gaz (2DEG) in a AlGaAs/GaAs/AlGaAs heterostructure by using the low frequency noise technique. The study was made for different bias voltages and at different temperatures (4 - 300 K). Several noise sources (thermal noise, generation-recombination noise (G-R) and 1/f noise) contributing to the total spectrum were identified. With thermal noise, we have shown that it was possible to access to the contact resistances. Analysis of the G-R noise has allowed identification of defects responsible of this noise. To do this, it was necessary to determine thermal activation energies and capture cross sections characterizing these defects. The study of 1/f noise was made in two ways: first, application of the Hooge model showed that this noise is mainly caused by the network mobility fluctuation. Then, applying the modified model of Handel has strengthened the proposal fluctuation of the mobilityREIMS-BU Sciences (514542101) / SudocSudocFranceF

Surface recombination velocity effects on simulated electron beam induced current collected by a nanoscale electrode

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