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PROPOSITION DE SUJET DE THESE

Etude par spectroscopie tunnel et photo émission haute résolution de nano structures
semi-conductrices et de systèmes périodiques à la surface des métaux nobles.

Contexte et objectifs :
La réduction de taille dans les nano structures conduit à des effets de quantification qui dominent leurs
propriétés électroniques. De nombreuses études ont été publiées sur des systèmes métalliques, notamment
sur les effets de confinement dans des nano structures obtenues à la surface de métaux nobles tels que
Ag(111), Au(111) et Cu(111) ou des surfaces vicinales. Ces surfaces présentent en effet un gaz 2D
d’électrons libres (états de Tamm et Shockley) dont la dispersion peut être modifiée par diffraction dans des
structures périodiques ou par confinement dans des objets de taille nanométrique. Une partie de la thèse
sera consacrée à l’étude du comportement de ces états électroniques dans des structures modulées à
l’échelle nanométrique et dans des édifices atomiques obtenus par une méthode originale de réaction du
métal noble avec un gaz halogène (iode ou chlore).

L’autre partie de la thèse sera orienté vers l’étude des propriétés électroniques de nano cristaux semi
conducteurs épitaxiés sur les substrats nobles. Ces nano structures seront obtenues par des techniques
d’élaboration sous ultra vide, soit par dépôt de silicium ou germanium sur des monocristaux préalablement
texturés à l’échelle nanométrique (ex surfaces vicinales) soit par réaction avec le gaz halogène.
Le doctorant sera amené à déterminer et à maîtriser les conditions de croissance de ces systèmes afin
notamment d’optimiser la distribution de taille des nano structures. Il mettra en œuvre des mesures de
spectroscopie tunnel locale à basse température et de photo émission permettant d’avoir accès aux états
électroniques occupés et inoccupés de ces systèmes.

Les expériences seront menées sur un dispositif
ultra vide unique en Europe, couplant une chambre
d’élaboration par épitaxie par jets moléculaires à un
microscope à effet tunnel basse température (5K)
dédié à la spectroscopie locale et une chambre
d’analyse de photo-émission angulaire permettant
des mesures à haute résolution en énergie ( ΔE <
5meV). Des campagnes de mesures dans les
centres de rayonnement synchrotron européens
(SOLEIL, ELETTRA, SLS) sont également
envisagées.

Image STM de fils atomiques de chlore obtenus sur une
surface d’or à marches.

Le doctorant s’intégrera dans une équipe spécialiste des spectroscopies électroniques de basse énergie et
de la physique des surfaces, reconnue internationalement. Ce sujet sera développé en collaboration avec
un groupe du GPI (General Physics Institut) à Moscou. Des campagnes d’expériences pourront donc être
menées en Russie.

Financement : Allocation ministérielle
Directeurs de thèse: MALTERRE Daniel
KIERREN Bertrand
e-mail : malterre@lpm.u-nancy.fr
kierren@lpm.u-nancy.fr
web: http://www.lpm.u-nancy.fr/activite_surface/


theo www.pfiev.net

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1.

Intitulé de la thèse : Mesure de la cartographie de sensibilité de pixels CMOS
par méthode de micro-scanning.

Contexte :
Les caméras à base de capteurs d’images CMOS sont utilisées dans de nombreuses
applications : téléphones portables, appareils photos, web cams, contrôle industriel,
médical … L’augmentation de la résolution combinée à une minimisation des coûts
conduit à une réduction de la taille des pixels : de 5.6µm en 2002 à 1.75µm en 2007.
Cette réduction complique grandement l’obtention de bonnes performances optiques.
Un défi majeur pour des capteurs colorisés avec un pattern de Bayer RGB est la
minimisation du crosstalk entre pixels voisins. Ceci passe par une caractérisation
approfondie de la cartographie de sensibilité des pixels CMOS.

Objectif de la thèse :
L’objectif recherché est la caractérisation de la sensibilité interne du pixel grâce à une
technique spécifique utilisant une sonde AFM à champ proche. La pointe de cette
sonde est préparée de façon à transmettre la lumière sur une surface très faible
(environ 50nm x 50nm). Le signal lumineux est issu d’un laser (« rouge », « vert » ou
« bleu »). La sonde est positionnée à une très faible distance de la surface du capteur
(quelques nm) grâce au monitoring de la force d’attraction ou de répulsion qui
s’applique sur elle au voisinage immédiat du capteur. Grâce à la très faible taille de
l’ouverture de la sonde et à la très faible distance sonde capteur ont peut donc éclairer
un pixel avec un spot de taille extrêmement faible (idéalement 50nm) et ainsi mesurer
la cartographie de sensibilité du pixel en déplaçant la sonde au dessus d’un pixel avec
des pas faibles (par exemple 1/10 du pas du pixel).

Travaux à réaliser :
Les travaux à réaliser s’articulent autour de 2 axes :
· Mise au point de l’expérience : réglage optique du système en vue d’obtenir la
meilleure résolution et le meilleur contraste possibles, contrôle du
positionnement (X,Y,Z) de la sonde, maitrise des vibrations, … Une analyse
théorique (en particulier simulations électro-magnétiques) permettra d’étudier
le couplage entre l’onde en sortie de la sonde et le silicium.
· Utilisation des résultats de l’expérience pour caractériser différents pixels de
petites dimensions réalisés avec des essais process différents. L’objectif final
est de fournir un indicateur en vue de sélectionner le meilleur couple design /
process pixel pour une dimension donnée.

Laboratoire d’accueil :
La thèse se déroulera au sein de L'Institut d'Electronique du Sud (IES) de Montpellier.
Ce laboratoire a en effet la maîtrise des sondes AFM et a déjà travaillé sur la mise au
point de l’expérience. ST fournira le support en terme de
· fourniture des capteurs à mesurer.
· fourniture des cartes et de logiciel de mesures.
· Suivi de l’avancement des travaux.

Démarrage de la thèse: souhaité en Septembre 2007.

Formations souhaitées:
Une formation en optique est souhaitée, des connaissances en capteurs d’images et en
microélectronique seront un plus.

Liên lạc

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> Pr. Pascale Gall-Borrut
> Université Montpellier 2
> Institut d'Electronique du Sud
> CC83
> Place Eugène bataillon
> 34095 Montpellier Cedex 5
> France
> tel 33(0)4 67 14 38 24
> fax 33(0)4 67 54 71 34
> courriel : Pascale.Gall-Borrut@ies.univ-montp2.fr
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