29 mai 2012
Deux dopants valent mieux qu’'un
Contact : Marc Sanquer

Les deux grilles en face avant (gris), indépendantes, permettent une spectroscopie "à deux dopants" qui élimine les artefacts. En bleu, le SOI dopé As (source et drain). Le canal entre les 2 grilles est dopé P.

Une équipe du SPSMS, en collaboration avec le SP2M et le Leti a fabriqué un dispositif qui permet une mesure précise et fiable des niveaux d'énergie des dopants dans des nanostructures de silicium, un challenge clé de la nanoélectronique.

Les niveaux d'énergie d'un dopant isolé sont largement espacés à la manière d’orbitales atomiques. Dans une nanostructure, de type nanofil, ils sont sensibles à l'endroit où le dopant est placé, à sa proximité avec une interface et aux champs externes. De plus l’écart d’énergie (VOS, ou valley-orbit splitting) entre l'état fondamental et les premiers états excités d’un dopant doit être plus faible par rapport à ce qu'il est dans du silicium massif. Mais les résultats publiés jusque-là ne permettent pas de quantifier cette différence.

Le nouveau dispositif est constitué d'un nanofil de SOI dopé au phosphore et contrôlé par trois grilles, une en face arrière (le substrat du SOI) et deux en face avant créant une constriction de 30nm*70nm. Les mesures spectroscopiques montrent des pics de courant correspondant au transport résonant à travers deux dopants phosphore P1 et P2 en série. Un premier pic apparait quand les niveaux fondamentaux sont alignés, un second quand l’état fondamental de P1 et aligné avec le premier état excité de P2. C’est ainsi qu’est mesuré le VOS, indépendamment de la tension aux bornes du nanofil, et sans perturbation par les artefacts externes affectant un dopant unique. La valeur de 10 meV mesurée est proche de celle du massif, et les simulations numériques complémentaires permettent d’attribuer ce léger écart à la présence de la couche d’oxyde SiO2 enterrée à 3,5 nm de P2.

 

Le résultat est à la fois « highlight » et « suggestion de l’éditeur » dans Phys. Rev. Lett.

Detection of a Large Valley-Orbit Splitting in Silicon with Two-Donor Spectroscopy, Roche B et al., Phys. Rev. Lett. 108 (2012) 206812.

 

Maj : 18/06/2014 (774)

 

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