Photon emission induced by scanning tunneling microscopy in ultra high vacuum. Study of Au/MoS2 nanojunctions
Emission de photons induite par microscopie à effet tunnel sous ultravide. Etude de nanojonctions Au/MoS2
Résumé
This work presents a study of photon emission induced by scanning tunnelling microscopy in ultra high vacuum at room temperature. On metallic surfaces, the emitted photons originate from the radiative decay of plasmons localised between the tip and the sample surface and excited by electrons tunnelling inelastically in the junction.This phenomenon has been studied on gold surfaces and the influence of different tunnelling parameters (environment, tip, tunnelling current, bias voltage) has been studied. Afterwards, optical spectra have been acquired with the tip fixed at chosen positions above the surface. Variations in the photon energy distribution have been observed and attributed to the studied surface (morphology, crystallography, contamination) or to the tip (material, apex geometry).Finally, the system has been used to study metallic nano-objects consisting of gold islands grown on semiconductor surfaces (MoS2). In this case, the spectra high energy threshold gives information about the real energy injected in the junction. Throughout these threshold measurements, results show the possibility to determine electrical properties of the interface between the island and the substrate at a nanometer scale.I-V curves showing rectifying behaviour have been obtained when the island size decreases. Photon emission in the tunnelling junction of the STM appears to be a powerful technique for electrical characterisation of nano-components.
Les travaux réalisés portent sur l'étude de l'émission de photons induite par un microscope à effet tunnel fonctionnant sous ultravide et à température ambiante. Sur des surfaces métalliques, le phénomène étudié est lié à la désexcitation radiative de modes plasmons localisés entre la pointe et la surface et excités par des électrons transitant inélastiquement dans la jonction. Dans un premier temps, ce phénomène a été étudié sur des surfaces d'or en fonction de différents paramètres pouvant varier dans la jonction (milieu, pointe, courant tunnel, tension de polarisation). Par la suite, des spectres localisés ont pu être obtenus en localisant la pointe sur des zones données de la surface. Des modifications de la répartition en énergie des photons émis ont été observées et attribuées soit à la surface étudiée (morphologie, cristallographie, contamination), soit à la pointe utilisée (matériau, géométrie de l'apex). Enfin, le dispositif a été appliqué à l'étude de nano-objets métalliques constitués d'îlots d'or de taille nanométrique déposés sur un substrat semi-conducteur (MoS2). Dans ce cas, la position du seuil haute énergie du spectre permet de déterminer l'énergie réellement injectée dans la jonction. Les résultats obtenus montrent qu'il est possible de déterminer les propriétés électriques de l'interface entre l'îlot et le subtrat grâce à la mesure de ce seuil. Des caractéristiques I(V) de type redresseur ont pu être observées lors de la réduction en taille de ces îlots, faisant de ce dispositif un outil de caractérisation électrique de nano-composants.