Mesure de charges dans les matériaux semi

Mesure de charges dans les mat´eriaux semi-conducteurs
et les m´etaux avec une m´ethode ´elasto-´electrique
Basil Salame
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Basil Salame. Mesure de charges dans les mat´eriaux semi-conducteurs et les m´etaux avec une
m´ethode ´elasto-´electrique. Physique [physics]. Universit´e Pierre et Marie Curie - Paris VI,
2015. Fran¸cais. <NNT : 2015PA066160>.<tel-01206491>
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Submitted on 29 Sep 2015
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THÈSE DE DOCTORAT DE
L’UNIVERSITÉ PIERRE ET MARIE CURIE
École doctorale : Sciences Mécaniques, Acoustique, Électronique et Robotique de Paris
réalisée au
Laboratoire de Physique et d’Étude des Matériaux
présentée par
Basil Salamé
pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ PIERRE ET MARIE CURIE
ayant pour titre
Mesure de Charges dans les Matériaux
Semi-conducteurs et les Métaux avec une Méthode
Élasto-électrique
soutenue le 19 Juin 2015
devant le jury composé de
Gaëlle Lissorgues . . . . . . . . . . . . Rapporteur
Alain Sylvestre . . . . . . . . . . . . . Rapporteur
Petru Notingher . . . . . . . . . . . . . Examinateur
Gerard Sou . . . . . . . . . . . . . . Examinateur
Stéphane Holé . . . . . . . . . . . Directeur de thèse

Table des matières
Préface et Remerciements 7
Introduction 11
1 Notions de physique des matériaux 15
1.1 Théorie des bandes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2 Comportement des charges dans les matériaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.2.1 Matériaux isolants à l’équilibre électrostatique . . . . . . . . . . . . . 20
1.2.2 Matériaux semi-conducteurs à l’équilibre électrostatique . . . . . . . . 21
1.2.2.1 Courant électrique dans les matériaux semi-conducteurs . . . 21
1.2.2.2 Effet d’écrantage : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.2.3 Matériaux conducteurs à l’équilibre électrostatique . . . . . . . . . . . 25
1.2.3.1 Effet d’écrantage dans les matériaux conducteurs . . . . . . 25
1.3 Contacts entre matériaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.3.1 Contact métal/semi-conducteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1

2 TABLE DES MATIÈRES
1.3.1.1 Accumulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.3.1.2 Déplétion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.3.1.3 Inversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
1.3.2 Contact métal/isolant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
1.3.2.1 Contact neutre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.3.2.2 Contact bloquant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.3.2.3 Contact ohmique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2 Méthodes de mesure de charges 37
2.1 Mesure indirecte des charges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.1.1 Principe de la méthode I-V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.1.2 Principe de la méthode C-V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.1.3 Avantages et inconvénients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.1.4 Mode opératoire et instrumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.2 Mesure directe des charges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.2.1 Méthodes thermiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.2.2 Méthode élasto-électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.2.3 Méthode électro-élastique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.2.4 Avantages et inconvénients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.2.5 Instrumentation de la MOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.3 Synthèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54