Contribution à l'étude théorique et expérimentale des nanostructures semi-conductrices 2D et 3D

Abstract

Ce travail porte sur une étude théorique et expérimentale des nanostructures semi-conductrices 3D et 2D dont les matériaux leader sont respectivement le silicium nanocristallin et le graphene. Cette étude cible deux type d’applications, à savoir, les transistors en couche mince à canal en silicium nanocristallin et les transistors à base de ruban de graphene. Nous rapportons dans ce manuscrit une étude sur les phénomènes qui peuvent impacter le transport des porteurs dans les systèmes nanocristallins 3D et 2D. Dans le cas d’un système 3D, nous avons modélisé le potentiel de surface et la tension de seuil pour un transistor en couche mince ayant une structure nanocristalline. A cet effet, nous avons pris en compte dans notre approche une géométrie sphérique des grains de silicium, ainsi que deux types d’effets quantiques ; sur la constante diélectrique et la bande interdite ; qui découle de la taille et la géométrie des grains. Les résultats de nos simulations et la comparaison avec ceux de la littérature ont mis en évidence une dépendance significative du potentiel de surface aux effets quantiques et à la géométrie des grains. Dans le cas d’un système 2D, nous avons menées une étude en deux parties. Une première partie expérimentale dédiée à la fabrication et à la caractérisation de plusieurs centaines de transistors à base de ruban de graphene. La caractérisation électrique a montré deux types de comportement électriques des rubans de graphene, respectivement, linéaire et nonlinéaire. La caractérisation Raman des composants typiques a montré une dépendance significative du comportement électrique à la fois au gradient de concentration et à la densité de porteurs localisée tout le long du ruban de graphene. La seconde partie concerne la simulation du transport electronique le long du ruban de graphene. Un bon accord des résultats de simulation avec les mesures a été observé. En effet, les simulations tiennent compte d’une adaptation du paramètre densité de porteurs pour une convergence maximale aux données mesurées. Cette technique de simulation a montré des profils de densité de porteurs uniforme et non-uniforme respectivement pour les comportements linéaire et nonlinaire.