Thèse soutenue le 26 septembre 2017 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Nanophysique

Résumé :
La nanospintronique basée sur les semi-conducteurs implique la combinaison des fonctions nanoélectroniques et magnétiques au sein d’une nanostructure unique. Une méthode intéressante consiste en la préparation d’un semi-conducteur magnétique dilué (DMS), dans lequel le ferromagnétisme induit par les trous est obtenu par le dopage de type P. Les DMS II-VI permettent de contrôler séparément les porteurs et la concentration du Mn, puisque les ions de Mn ne sont pas des dopants électriques. Les nanofils (NW) de semi-conducteurs II-VI représentent un système modèle permettant de concevoir la fonction d’onde et la déformation au sein d’hétérostructures parfaitement contrôlées et contenant les impuretés magnétiques. Ceci nécessite une croissance optimale d’hétérostructures dans la géométrie des nanofils et un contrôle précis du niveau du dopant, ce qui constitue une des difficultés majeures dans l’état actuel des recherches. Dans ce contexte, mon travail de Thèse s’est focalisé sur trois principaux axes de recherche : la croissance par épitaxie par jets moléculaires de nanofils de ZnTe catalysés par nanoparticules d’Au, la maîtrise du rapport de forme des boîtes quantiques de CdTe insérées dans les fils de ZnTe, et le dopage azote des fils de ZnTe. Concernant la croissance des fils de ZnTe, le problème de la variabilité des temps d’incubation d’un fil à l’autre a été étudié à l’aide de la technique des marqueurs. Une nouvelle méthode basée sur la préparation du catalyseur d’Au sous flux de Zn a démontré son efficacité dans la suppression de variabilité des temps d’incubation, réduisant la dispersion des longueurs sur un même échantillon d’un facteur 10 à un facteur 2, et augmentant le taux de succès des fils verticaux de 20% à 80%. Des mesures complémentaires de diffraction des rayons X ont fourni des informations supplémentaires sur l’importance de l’orientation relative entre le catalyseur d’Au et le substrat ZnTe(111)B. Le rapport de forme des boites quantiques de CdTe est un moyen pour maîtriser leur état fondamental (entre trou léger et trou lourd). Ceci peut être obtenu en contrôlant le temps de croissance des boite quantiques, mais demande (1) la suppression de la croissance latérale (responsable de la formation de boites parasites) et (2) la reproductibilité d’un échantillon à l’autre, basée sur une maîtrise de la température de croissance avec une précision meilleure que 10 degrés. Ceci a été validé dans nos conditions de croissance par une étude croisée de croissance d’hétérostructures de ZnTe avec multiples boîtes quantiques de CdTe et de caractérisation par microscopie électronique. Je présenterai les résultats des croissances par épitaxie par jets moléculaires et des caractérisations des nanofils de ZnTe /ZnTe:N cœur/coquille avec dopage azoté. Des transistors à effet de champ basé sur des nanofils isolés ont été fabriqués pour la caractérisation électrique. Nous avons obtenu des fils de ZnTe/ZnTe:N cœur/coquille présentant des densités de charges de 6×18 trous/cm³ à température ambiante, du même ordre que la densité critique de Mott pour le ZnTe.

Jury :
Président : Dr Thierry Baron
Rapporteur : Dr Silvia Rubini
Rapporteur : Dr Michel Gendry
Examinateur : Dr Frank Glas
Directeur de thèse : Dr Joël Cibert
Co-directrice de thèse : Dr Édith Amalric

Mots clés :
Nanofils, Semiconducteurs, Magnétique, ZnTe, Dopage, CdTe

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