5.6M - CEA Inac

F
euille
F
e
u
i
l
l
e
La RRo
uge
ouge
Décembre 2007
538
Département de Recherche Fondamentale sur la Matière Condensée
transport électronique
beaucoup de bruit pour si peu de résistance
Contact : François Lefloch – SPSMS – [email protected]
L’amplitude des fluctuations thermiques du courant électrique dans
un système conducteur, c’est-à-dire le «bruit», est connue pour être
inversement proportionnelle à la résistance. Mais que se passe-t'il
lorsque cette résistance dépend de l’intensité du courant ? Nous venons de
montrer que la règle de proportionnalité est toujours valable.
Pour nous placer dans le régime où le rapport entre tension V et
intensité I n’est pas linéaire, nous avons préparé, en collaboration avec
le département Nano de l’Institut Néel, un dispositif (voir figure) constitué
d’un bout de métal normal (cuivre) nanolithographié et placé entre deux
électrodes supraconductrices (aluminium). Ces dernières induisent, pour
de petites tensions, une forte diminution de la résistance du métal normal
qui rend la réponse fortement non-linéaire.
Nous avons ensuite étudié le bruit en courant dans cet objet. Nos
mesures montrent que le bruit est inversement proportionnel à V/I, c’est-àdire à la résistance correspondant à la tension appliquée (figure). Ainsi la
relation qui lie le bruit en courant
et la résistance, qui résulte du
théorème de fluctuation-dissipation et qui est démontré pour des
systèmes linéaires à l’équilibre
thermodynamique, semble donc
s’appliquer de façon
plus générale.
petite pointe sur
monocristal :
quel beau
transport !
La microscopie de champ
proche sonde les profondeurs.
Au verso
Le bruit en courant
mesuré (points expérimentaux) varie selon la
formule connue pour le
régime linéaire (courbe)
dans laquelle nous avons
remplacé une résistance
constante par le rapport de la tension sur le
courant.
biotechnologie
LE lan vinci code
Contact : Didier Gasparutto – SCIB – [email protected]
La récupération de l’information génétique contenue dans des
échantillons biologiques abimés n’est pas une tâche facile. En
particulier, il faut pouvoir y augmenter de façon fiable et efficace la
quantité d’ADN, présent au départ en petite quantité. Grâce à la
préparation de fragments d’ADN contenant des défauts bien
identifiés, le laboratoire LAN vient de contribuer à l’amélioration de cette
opération à travers la mise au point de nouvelles enzymes synthétiques
peu sensibles à la présence de lésions et donc bien plus
efficace pour l'amplification. Ces travaux auront des
applications en paléontologie, en archéologie ou en médecine légale.
Direction des Sciences de la Matière . CEA-GRENOBLE
www-drfmc.cea.fr
La F
euille
Rouge
électronique organique
Petite pointe sur monocristal : quel beau transport !
Contact : Benjamin Grévin – SPrAM – [email protected]
Dans un transistor à effet de champ fabriqué avec un monocristal organique, les charges sont enterrées à une profondeur de quelques centaines
de microns. Elles sont en effet localisées à l’interface organique diélectrique. Comment étudier le transport électronique local dans ces conditions ?
A priori, il paraît impensable d’utiliser une technique de champ proche, comme la microscopie à force atomique, qui caractérise les propriétés de
surface. Pourtant, nous avons prouvé que c’est possible ! A l’origine de ce travail, une prouesse de synthèse chimique : la fabrication d’un monocristal ultra-mince. Le résultat : une caractérisation des propriétés intrinsèques de transport électronique dans un transistor à effet de champ réalisé
avec un semi-conducteur organique parfait.
Les semi-conducteurs organiques sont au
cœur de l’électronique souple. Ils permettent
de fabriquer des transistors à effet de champ
organiques (OFET, voir encart) bon marchés
et concurrentiels. Le matériau organique qui
constitue la couche active est généralement
désordonné, particulièrement dans le cas des
couches minces de polymères pi-conjugués.
Cependant, il existe également des transistors
à base de monocristaux, appelés SCOFETs
(SC="single crystal"). Ceux-ci présentent un
avantage décisif : la perfection du monocristal permet de s’affranchir au maximum du
désordre structural, ce qui se traduit par une
mobilité des charges accrue d’un facteur 10.
Les monocristaux moléculaires sont ainsi des
systèmes modèles pour évaluer les performances ultimes des dispositifs organiques hors
effet de désordre.
La caractérisation du transport électronique dans le canal organique d’un SCOFET
est compliquée : en effet, les charges sont
localisées à l’interface organique diélectrique.
Comme un monocristal est épais de quelques centaines de microns typiquement, ces
charges sont donc profondément enterrées.
Pas question, à priori, d’aller sonder leur
mobilité locale avec une technique de champ
proche, qui explore la surface du matériau.
Comment faire ?
Phase n°1 :
Synthèse du monocristal ultra-mince et
fabrication du SCOFET
Les chimistes du laboratoire sont parvenus
à synthétiser un monocristal de rubrène « ultramince », c’est-à-dire d’une centaine de nanomètres d’épaisseur et cent microns de long !
Puis, en collaboration étroite avec le SPSMS,
le SCOFET a été fabriqué. Le monocristal,
trapèze violet sur la figure, est déposé sur
le diélectrique. En état de fonctionnement, le
dopage électrostatique se produit à l’interface.
Phase n°2 :
La microscopie en champ proche
Le transistor fonctionne : tensions de grille,
de drain et de source sont appliquées. Les
charges sont localisées à l’interface. Le microscope
en mode sonde de Kelvin vient « imager » le
potentiel électrique local dans le canal organique.
Pourquoi ? Parce que la technique mesure les
forces électrostatiques, qui sont à longue portée,
et traversent donc cent nanomètres de monocristal organique isolant sans être écrantées…
Imaginons qu’en passant la main à la surface
de la mer on ressente le relief d’un fond marin !
Phase n°3 :
Une cartographie du transport
Les lignes équipotentielles dans le canal,
entre source et drain, ont pu être mesurées.
Un OFET,
c’est quoi au fait ?
Le principe du transistor à effet de
champ organique est très simple: on réalise
une capacité en isolant le semi-conducteur
organique d’une électrode conductrice (la
grille) par une barrière isolante (le diélectrique de grille). En appliquant une tension
électrique V G sur l’électrode de grille, on
va alors pouvoir ajouter des charges (électrons ou trous) dans le semi-conducteur
organique, qui sont confinées à proximité
de l’interface avec l’isolant diélectrique. Le
transport de courant électrique peut alors
s’établir dans le matériau ainsi «électrostatiquement» dopé, entre deux électrodes
communément appelées source et drain.
Visiblement, ces lignes sont tordues, ce
qui signifie qu’il existe des perturbations
dans le transistor. Comme le monocristal
est parfait, ces perturbations ne peuvent
être dues qu’au collage avec le diélectrique et aux hétérogénéités de l’interface.
Le gradient de potentiel montre l’existence de zones de plus forte résistance. Améliorer le SCOFET passera donc
par des collages encore plus propres.
Ce travail ouvre de larges perspectives pour une compréhension approfondie des phénomènes de transport
de charges et d’effets interfaciaux dans
les monocristaux semi-conducteurs.
La prochaine étape sera de réaliser
le même type de mesures sous ultravide. A terme, nous voulons «cartographier» le transport entre la température
ambiante et les basses températures.
Comité de rédaction : E. Molva, J. Planès (DIR), P. Dalmas de Réotier (SPSMS), Th. Douki (SCIB),
G. Prenat (SPINTEC), S. Lyonnard (SPrAM), R. Vallcorba (SBT), P. Warin (SP2M) - Mise en page : M. Benini (DIR) tél. 04 38 78 36 33