Étude des propriétés électroniques et de transport multi-échelle de jonctions tunnel Au/Alcanethiols/n-GaAs(001)

Les heterostructures hybrides organique-inorganique presentent des proprietes interessantes, notamment pour des applications dans le domaine de l’electronique et de la spintronique. Notre interet s’est porte particulierement sur la realisation d’heterostructures de type Metal/Monocouche organique/Semiconducteur, dont l’etape de reprise de top-contact metallique reste actuellement un verrou majeur a la realisation de telles jonctions. L’experience de l’equipe sur des heterostructures de type MOS (Metal/Oxyde/Semiconducteur), ainsi que les differentes techniques de surface et de transport disponibles au laboratoire, sont appliquees ici a l’etude de ces heterostructures hybrides. En particulier, la Microscopie a Emission d’Electrons Balistiques (BEEM) permet d’etudier localement les proprietes electroniques des heterostructures, avec une resolution spatiale nanometrique. A partir du systeme Au/GaAs(001) bien connu au laboratoire, nous avons intercale une monocouche d’alcanethiols a l’interface, pour former des heterostructures de type Au/Alcanethiols/GaAs(001), entierement preparees sous ultra-vide. Lors du depot d’or a temperature ambiante, les images BEEM ont revele des interfaces heterogenes, avec des zones ou le peigne moleculaire est court-circuite ou non par le metal. Une analyse quantitative en spectroscopie BEEM des zones non court-circuitees a mis en evidence des signatures particulieres, avec une premiere contribution associee au passage tunnel des electrons a travers le peigne moleculaire, et une seconde contribution, a plus haute energie, revelant l’existence de nouveaux canaux de conduction associes a l’existence d’etats inoccupes dans la monocouche organique. Les effets de l’epaisseur du metal depose, de la longueur de chaine des molecules organiques, ainsi que du groupe terminal de la chaine organique, ont ete discutes. Afin d’ameliorer le depot du contact metallique, un dispositif experimental original a permis de deposer l’or sur le substrat refroidi, sur lequel une couche tampon de Xenon est condensee (methode BLAG : Buffer Layer Assisted Growth). L’analyse BEEM de ces heterostructures a revele ici des interfaces homogenes, sans penetration du metal. Des signatures spectroscopiques similaires aux zones non court-circuitees precedentes ont ete mises en evidence. Une etude complete de ces heterostructures preparees par la methode BLAG a ete realisee via des mesures de transport a l’echelle macroscopique (J(V) et C(V)), ainsi que des mesures de photoemission par rayonnement synchrotron. Ces mesures ont confirme le caractere reproductible des jonctions formees, avec des hauteurs de barriere en accord avec celles determinees par BEEM.