Imagerie, manipulation et contact électronique atome par atome sur la surface Si(100):H avec le microscope à effet tunnel basse température à 4 pointes

La construction de circuits electroniques de section atomique est l'un des grands defis de la nanoelectronique ultime. Pour construire un circuit electronique atomique, il faut d'abord mettre au point l'instrument de construction puis choisir la surface-support stabilisant ce circuit. Sur la surface d'Au(111) preparee en ultra vide, nous avons mis en œuvre et stabilise le tout premier LT-UHV-4 STM. Ce microscope a 4 pointes STM balayant en meme temps et independamment une meme surface a ete construit pour le CEMES par la societe ScientaOmicron. Sur l'Au(111), nous avons reproduit tous les resultats experimentaux obtenus sur les meilleurs LT-UHV-STM a une pointe comme la precision en rugosite de 2 pm, les caracteristiques I-V sans moyenne sur un seul atome pendant plusieurs dizaines de minutes et la manipulation atomique suivant les modes de tire, glisse et pousse d'un seul atome d'or sur la surface. Une fois cette optimisation realisee, nous avons applique notre LT-UHV-4 STM a la surface de Si(100):H, support probable des futurs circuits atomiques electroniques. Le choix de ce support est discute en detail avant l'enregistrement et l'analyse des images STM. Les echantillons utilises proviennent, soit du procede semi-industriel pleine-plaque de silicium mis au point au CEA-LETI, soit de leur preparation in situ se deroulant directement dans la chambre de preparation du LT-UHV-4 STM. Nous avons pris soin de bien interpreter les images STM de la surface Si(100):H afin par exemple de determiner la position de chaque atome d'hydrogene. La lithographie atomique par STM a ete exploitee, par pointe, sur le LT-UHV-4 STM, en mode manipulation verticale atome-par-atome et mode balayage plus rapide mais rendant l'ecriture atomique moins precise. Nous avons construit nos propres fils atomiques puis des plots de contact atomiques, petits carres de Si(100)H depassives de quelques nm de cote. Les courants de fuite a 2 pointes et a l'echelle atomique ont ainsi pu etre mesures sur la surface de Si(100):H entre deux de ces plots. Pour preparer les contacts atomiques a au moins 2 pointes sur un fil atomique ou sur des plots de contact nanometrique, nous avons etudie en detail les differents types de contact pointe STM-liaison pendante unique montrant la difficulte d'atteindre un quantum de conductance au contact, de par un effet de courbure de bandes. Il est donc difficile sans une mesure de force complementaire de determiner en partant du contact tunnel les differentes etapes du contact mecanique, electronique au contact chimique. Nos resultats ouvrent la voie a la caracterisation des circuits electroniques construits atome par atome et a l'echelle atomique a la surface d'un semi-conducteur.