Etudes par microscopie en champ proche des phénomènes de ...

Chapitre IV – Réalisation d’un transistor à vanne de spin sous ultra-vide.(dépendante ou non du spin) des SC par photoémission à basse énergie [Drouhin85, Peretti90,Lassailly90].2.A.3. Préparation des sources d’électrons polarisésDans cette expérience, nous avons utilisé comme source d’électrons un cristal de GaAs [001]commercial fortement dopé p (10 19 cm -3 ). Avant la procédure d’activation sous ultra-vide, la source aété nettoyée ex-situ selon la procédure suivante [Pierce80] : Nettoyage à l'acide sulfurique concentré (H 2 SO 4 ) pendant 5 minutes Rinçage à l'eau (H 2 O) Attaque par une solution piranha (H 2 O + H 2 O 2 + H 2 SO 4 ) pendant 30 secondes Rinçage à l'eau (H 2 O) Séchage au propanol vapeurCependant, nous avons constaté qu’un simple nettoyage à l’acétone dans un bac à ultra-sons pendant 5min donnait des performances similaires. Ce « simple » nettoyage évite le décapage sur quelquesmicrons du GaAs par la solution piranha qui lui donne alors une allure rugueuse.Une fois cette préparation effectuée, l’échantillon est pincé à chacune de ses extrémités entre deuxbarrettes en molybdène fixées sur une céramique circulaire en MACOR. L’ensemble est monté sur undéplacement de translation et une rotation afin de positionner la source en face du barreau de césiumou en face du rotateur. La préparation de la photocathode in-situ se décompose en une procédure dechauffage, suivie d’une procédure dite d’activation.La procédure de chauffage consiste à nettoyer l’échantillon en le chauffant à une température de580°C pendant 2 minutes 1 , puis à une température de 550°C pendant 10 minutes. Au cours de cetteprocédure l’oxyde natif ainsi que les autres polluants (à l’exception du carbone) se désorbent de lasurface. Ce chauffage s’effectue à une pression dans le bas de la gamme des 10 -10 Torr. L’échantillonest chauffé en faisant passer un courant alternatif dans le SC. En effet, nous avons constaté quel’utilisation d’un courant alternatif permet d’avoir un chauffage du SC globalement homogène etsymétrique (Fig.IV.5 gauche). La température du SC au cours du chauffage est contrôlée à l’aide d’unpyromètre infrarouge IRCON monochromatique. Cependant, cette température n’estqu’approximative, car d’une part la température dépend du point de l’échantillon (Fig.IV.5 gauche), etd’autre part l’émissivité du GaAs dépend de son état de surface (nous l’avons prise égale à 0.7). Il estpar ailleurs difficile de tenir compte précisément de l’influence des hublots sur la mesure absolue detempérature (pour les hublots que nous avons utilisés, nous avons mesuré une réduction de 35°C pourune incidence normale).La procédure d’activation consiste à évaporer sur le SC immédiatement après le chauffage 2 du césiumà partir d’un générateur commercial (situé à environ 10 cm du SC). Au cours du dépôt le SC est excitéavec un laser He-Ne (hν = 1.96 eV), et l’activation est contrôlée en mesurant le photo-courant émispar la source à l’aide d’un micro-ampèremètre (Fig. IV.5 droite).A la fin de la procédure d’activation, nous obtenons une source à électrons avec un rendementde quelques pourcents et une durée de vie (1/e) sous illumination d’environ un jour. Cettestabilité dépend essentiellement de la qualité du chauffage, et de la pression totale (pendant etaprès la préparation de la photocathode). C’est pour cette raison que ces expériences nécessitentun très bon vide (quelques 10 -11 Torr).1 La température de chauffage est limitée par la température T C maximum d’évaporation congruente du SC. Audessus de T C l’arsenic s’évapore préférentiellement, et se forme à la surface du GaAs des gouttelettes blanchesde gallium. Pour la surface [001] Golstein et al [Golstein76] ont mesuré T C = 663°C. Il est cependant prudent dene pas excéder 600°C. Un chauffage au dessus de cette température détériore en effet considérablement lamorphologie du GaAs, et altère le rendement quantique de la source.2 L’activation est réalisée juste après le chauffage afin de minimiser les contaminations par d’autres impuretésprésentes dans le vide résiduel. Elle ne sera active, cependant que lorsque le SC sera à une température endessous de 50°C.71