Thèse Mickaël BRUN, Université Joseph Fourier Grenoble, 24/10/02, 14h30

Salle de Conférences du Laboratoire de Spectrométrie Physique, Domaine Universitaire de Grenoble – Saint Martin d’Hères : voir http://www-lsp.ujf-grenoble.fr/ pour accès.

 

 

Jury:     Frédéric BOEUF (Ingénieur, STMicroelectronics)

Joël Chevrier (Professeur, Université de Grenoble)

Georges Brémond (Professeur, INSA Lyon)

Serge HUANT (DR CNRS, Grenoble) : Directeur de thèse

Khaled KARRAI (Professeur, Université de Munich) : Rapporteur

Pascal ROYER (Professeur, Université de Troyes) : Rapporteur        

 

Microscopie et spectroscopie optique en champ proche de nanostructures semiconductrices A BASSE TEMPERATURE

 

La microscopie optique en champ proche permet, par sa grande résolution spatiale, d'isoler des nano-objets individuels. Il est ainsi possible de mener des études spectroscopiques très locales qui s'affranchissent de l'effet de moyenne sur un grand nombre d'individus imposé aux études en champ lointain et, donc, de comprendre les phénomènes physiques mis en jeu à l'échelle d'un nano-objet unique. La mise en œuvre d'un microscope optique en champ proche fonctionnant à des températures cryogéniques requiert des solutions technologiques adaptées. Celles-ci sont décrites en détail dans la première partie de ce travail, ainsi que l'optimisation des réglages nécessaires au fonctionnement à basse température. Les différentes potentialités de l'instrument sont ensuite montrées expérimentalement sur des boîtes quantiques semi-conductrices II-VI, dans le mode dynamique par la réalisation de cartographies de luminescence, et en mode statique par la spectroscopie d'une boîte quantique unique. Cette dernière révèle un comportement nouveau, attribué à un complexe multiexcitonique chargé, qui fait l'objet d'une discussion. Enfin, la possibilité d'adresser des boîtes quantiques par la propagation d'une onde de plasmon de surface dans un écran métallique déposé sur la structure semi-conductrice est démontrée expérimentalement.

 

 

LOW-TEMPERATURE NEAR-FIELD OPTICAL MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY OF SEMICONDUCTOR NANOSTRUTURES

 

Near-field scanning optical microscopes (NSOM) are able to isolate single nano-objects thanks to their high spatial resolution. It is then possible to carry out spectroscopic studies that are free of the typical inhomogenous  broadening  of far-field studies and, therefore, to probe physical phenomena over a single nano-object scale. The realisation of a low-temperature near-field microscope requires specific instrumentation. The instrumental choices made here are detailed in the first part of this manuscript, together with the specific adjustments imposed by the low temperature. In a second part, the experimental capabilities of our instrument are demonstrated on II-VI semiconductors quantum dots, first in a dynamic regime by mapping luminescence cartographies of the sample surface, and subsequently in a static regime by single quantum dot spectroscopy. The latter reveals a new spectroscopic feature assigned to a charged multiexciton whose possible origin is discussed. Finally, single quantum dot addressing via a propagating surface plasmon wave in a metallic screen deposited on the sample surface is demonstrated experimentally.