L'apport de la Sonde Atomique Tomographique à la corrélation des propriétés optiques et structurales des nanostructures semiconductrices

Ce mémoire porte sur mes activités de recherche dans la période 2009-2018, et il est organisé decette façon :Le chapitre 1 illustre une sélection de travaux menés durant mon post-doc à l’IEF Orsay, avec une attention particulière aux aspects de microscopie corrélative, i.e. aux analyses effectuées en spectroscopie optique et microscopie électronique sur des nano-objets uniques.Le chapitre 2 est une introduction à la physique de l’évaporation par effet de champ et à la technique de la SAT. On y introduit des notions qui seront développées dans les chapitres successifs.Le chapitre 3 traite des biais de mesure de composition dans l’analyse des semiconducteurs composés par SAT. Les résultats marquants sont ici la démonstration que ces biais sont liés au champ électrostatique de surface, l’estimation des rendements de détection des différentes espèces dans le GaN et dans l’AlGaN et l’interprétation d’une partie des mécanismes physiques conduisant à la nondétection de certaines espèces. Ce volet d’études ne faisait pas à l’origine partie de mon projet de maître de conférences, mais au cours de mes activités je me suis rendu compte de l’importance des aspects métrologiques pour les analyses corrélatives basées sur la SAT. Aujourd’hui, la métrologie compositionnelle en SAT constitue un de mes centres d’intérêt principaux, ouvert à de nombreuses hypothèses d’approfondissement.Le chapitre 4 illustre les approches de microscopie corrélative basées sur la SAT, en particulier celle que j’appelle l’approche statistique, et l’approche séquentielle sur un nano-objet unique. Un exemple d’approche statistique est illustré dans le cas de l’analyse de l’AlGaN, où les informations spectroscopiques ont été exploitées pour corriger le biais de mesure de composition dans cet alliage. L’approche à nano-objet unique est développée pour les puits quantiques InGaN/GaN et pour les boites quantiques GaN/AlGaN. L’importance de la microscopie électronique comme technique complémentaire y est particulièrement soulignée. Le chapitre se termine sur les possibles développements de la microscopie corrélative basée sur la SAT.Le chapitre 5 décrit la spectroscopie de µPL in situ dans une SAT, à travers les études menées sur le diamant et sur des hétérostructures à base d’oxydes. Le premier résultat marquant obtenu grâce à cette approche est la mesure de la contrainte mécanique induite par l’application du champ au sommet de nano-aiguilles en diamant. Le chapitre et le mémoire se concluent sur les nombreuses perspectives ouvertes par ce nouvel instrument.