Thèse soutenue le 20 décembre 2018 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Nanophysique

Résumé :
La thèse porte sur l'étude du dopage de type p, à base de Mg, dans des nanostructures de GaN, dans le but de relier la distribution spatiale du dopant à son activité électrique grâce à la corrélation entre sonde atomique tomographique (APT) et holographie électronique hors axe optique réalisée dans un microscope électronique en transmission (TEM). L'APT est une technique de caractérisation qui repose sur l'évaporation par effet de champ des atomes de surface d'un échantillon, permettant l'analyse en termes de morphologie et de composition, en trois dimensions et à l'échelle atomique. L'holographie électronique hors axe optique fournit des cartographies du potentiel électrostatique introduit par les dopants actifs électriquement.
Dans un premier temps, les conditions expérimentales ont dues être optimisées pour chacune des techniques, incluant la préparation des échantillons, les conditions de mesure ainsi que le traitement des données, de façon à obtenir des données fiables et les plus quantitatives possibles. Une analyse soigneuse et détaillée des artefacts et des erreurs qu'ils introduisent est rapportée. Il a en particulier été montré que réaliser les expériences d'holographie in situ à haute température (400 °C) grâce à un porte-objet chauffant permettait d'augmenter très significativement le signal lié au dopage et ainsi accroître la sensibilité de la mesure. Dans un deuxième temps, ces deux méthodes d'analyse ont été corrélées pour étudier d'une part l'influence de la température de croissance, d'autre part celle de la concentration nominale en dopants dans des nanostructures dédiées GaN élaborées par MOCVD. Nous avons pu confirmer grâce à l'APT l'existence de précipités riches en Mg dès que la concentration nominale excède environ 3¹⁹ cm^-3, dont la densité augmente avec la concentration nominale et diminue avec la température de croissance.
Leur présence diminue la concentration en dopants potentiellement actifs situés dans la matrice en dehors de ces précipités. Néanmoins, les résultats obtenus par holographie, appuyés par des simulations numériques, indiquent que ces précipités n'auraient pas un rôle prépondérant dans la variation du potentiel électrostatique en fonction de la concentration nominale en dopants même pour des concentrations en Mg qui s'élèvent à 2²⁰ cm^-3.

Jury :
Président : Pr Julien Pernot
Rapporteur : Dr Gilles Patriarche
Rapporteur : Dr Lorenzo Rigutti
Examinateur : Pr Julien Pernot
Examinateur : Dr Philippe Vennéguès
Invité : Dr David Cooper
Directrice de thèse : Dr Catherine Bougerol
Co-encadrant : Dr Pierre-Henri Jouneau
Co-encadrant : Dr Adeline Grenier

Mots clés :
Sonde atomique tomographique, microscopie électronique en transmission, Nanostructures GaN, holographie électronique, dopage Mg

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