Microscopie tunnel à électrons balistiques: vers le Magnétisme

The purpose of this work was to develop a ballistic electron emission microscopy (BEEM) set-up that could be used to study magnetic objects at the nanometer scale (magnetic domains and nanostructures imaging). We present in-depth calculations of macroscopic I(V) and BEEM Ib(V) spectra that are shown to prove very efficient for the analysis of experimental data. Before performing any microscopic measurements, the study of macroscopic I(V) characteristics provides crucial information about BEEM samples, namely the Schottky barrier height, the ideality factor and the resistance at zero voltage of the Schottky junction. Fits of BEEM spectra were calculated based on a model published by the pioneers of this technique which is described here in its progressive refinement stages. The development of a chemical process for the preparation of silicon substrate surfaces and clean room work are then reported. Samples elaborated by means of ultra high vacuum evaporation showed better characteristics than sputtered samples in terms of greater barrier height, better transmission and reduced noise. Different kinds of contrasts have been obtained from BEEM imaging. Some of them are directly linked to the attenuation for hot electrons depending on the thickness of the metallic layer whereas other contrast types clearly are different in nature and yet not completely understood. The issue of preparation and characterization of magnetic samples is also addressed.; Ce travail a consisté à développer une microscopie tunnel à électrons balistiques (BEEM) dont l'application finale est l'obtention d'un dispositif d'étude d'objets magnétiques, à l'échelle du nanomètre (imagerie de domaines et de nanostructures magnétiques). Nous présentons ici une formulation poussée de calculs de spectres macroscopiques I(V) et de spectres BEEM Ib(V) qui se révèle très efficace pour l'analyse des données expérimentales. L'étude des I(V) macroscopiques permet, avant toute mesure microscopique, de connaître les caractéristiques importantes d'un échantillon BEEM: hauteur de barrière Schottky, facteur d'idéalité et résistance à tension nulle de la jonction Schottky. Les fonctions d'ajustement des spectres BEEM ont été calculées à partir d'un modèle publié par les pionniers de la technique, que nous décrivons ici dans ses différents stades de raffinement. La mise au point d'un processus chimique adapté à la préparation de surface des substrats de silicium et le travail de salle blanche pour mener à bien les étapes technologiques sont ensuite exposés. Les échantillons fabriqués par évaporation ultra-vide ont révélé de meilleures caractéristiques que ceux faits par pulvérisation cathodique: hauteur de barrière plus élevée, transmission plus grande, bruit réduit. Les mesures BEEM ont montré l'obtention de différents contrastes sur le signal des électrons balistiques. Certains sont nettement liés à une atténuation des électrons chauds par effet d'épaisseur de la couche métallique alors que d'autres contrastes, à la nature clairement différente, ne sont pas totalement compris. La préparation et la caractérisation d'échantillons magnétiques est aussi abordée.