Chapitre III. Caractérisations électriques
III.3 Mesures de bruit en 1/f des contacts électriques
Chaque mesure effectuée est traitée en tenant compte de tous les éléments parasites de la chaine de mesure afin d’obtenir le bruit propre au matériau.
Les contacts métalliques ont été réalisés en Cr/Au dans un bâti d’évaporation sous vide et déposés sous forme de lignes parallèles pour réaliser une échelle de résistance. Les résultats de cette étude permettent de distinguer les bons et les mauvais contacts électriques.
III.3.1 Cas de mauvais contacts électriques
Nous montrons dans la Figure III-12, les spectres de bruit obtenus sur un échantillon de ZnO déposé sur un substrat de verre à 470 °C (cf. Annexe No.21). Pour mettre en évidence le bruit des contacts, nous avons utilisé les 2 configurations de mesure précédemment décrites :
i) Configuration (I23 - SV23) : les spectres de bruit du matériau sont obtenus en injectant le courant entre les contacts 2 et 3 et en mesurant le bruit entre ces mêmes contacts.
Dans ce cas nous mesurons le bruit des contacts ajouté au bruit du matériau.
ii) Configuration (I23 - SV14) : les spectres de bruit du matériau sont obtenus en injectant le courant entre les contacts 2 et 3 et en mesurant le bruit entre les contacts 1 et 4.
Dans ce cas nous mesurons le bruit du matériau seul.
Les mesures de bruit ont été faites en injectant différents courants allant de 1,7 µA à 3,5 µA. Comme attendu, tous les spectres sont inversement proportionnels à la fréquence et sont typiques du bruit en 1/f.
1,E-17 1,E-16 1,E-15 1,E-14 1,E-13 1,E-12 1,E-11 1,E-10 1,E-09 1,E-08 1,E-07
1,E+00 1,E+01 1,E+02 1,E+03 1,E+04
Fréquence (HZ) SV(f) (V2 /HZ)
I23= 3,5 µA SV23 I23= 1,7 µA SV23 I23= 3,5 µA SV14 I23= 1,7 µA SV14 I23= 0
Configuration: bruit du matériau et bruit des contacts
1/f
Configuration:
bruit du matériau seul 10-7
10-9
10-11
10-13
10-15
10-17
100 101 102 103 104
I23 SV23 SV23
SV14
SV14
SV14
I23
I23
I23
I23
Figure III-12 Comparaison des spectres de bruit effectuées sur un échantillon de ZnO déposé sur un substrat de verre à 470 °C (cf. Annexe No.21) pour 2 configurations de mesure :
Configuration (I23 - SV23) : bruit du matériau et bruit des contacts Configuration (I23 - SV14) : bruit du matériau seul.
Pour un même courant injecté, on peut noter que la configuration de mesure à 2 contacts (I23 - SV23) donne des puissances de bruit environ 25 fois plus élevées que celles obtenues par la configuration de mesure à 4 contacts (I23 - SV14). Rappelons que la différence entre ces 2 configurations concerne le bruit des contacts qui n’est pas révélé dans le second cas de la figure.
Ces résultats montrent que pour cet échantillon, les contacts génèrent un bruit très élevé devant celui du matériau et sont de mauvaises qualités. En effet le bruit est très sensible aux défauts présents au niveau des contacts électriques [33]. Ces défauts peuvent générer des étranglements qui augmentent localement la densité de courant. Des études montrent que le bruit mesuré est proportionnel à la densité de courant à la puissance 4. De ce fait, un mauvais contact électrique peut engendrer une légère augmentation de la résistance électrique et une forte augmentation du bruit des contacts.
III.3.2 Cas de bons contacts électriques
La Figure III-13 montre les résultats de bruit issus des 2 configurations de mesure précédemment décrites. Les spectres sont issus d’un échantillon déposé à 400 °C sur du verre (cf. Annexe No.20). Les courants injectés entre 2 et 3 sont de 5,7 µA et 17,5 µA et correspondent aux valeurs utilisées pour révéler le bruit en 1/f du matériau. A des fins de comparaison, nous montrons également le spectre de bruit thermique obtenu en absence de courant.
1,E-16 1,E-15 1,E-14 1,E-13 1,E-12 1,E-11
1,E+00 1,E+01 1,E+02 1,E+03 1,E+04
Fréquence (HZ) SV(f) (V2 /HZ)
I23= 17,5 µA V14 I23= 17,5 µA V23 I23= 5,7 µA V14 I23= 5,7 µA V23 I23=0
10-13
10-14
10-15
10-16
102
100 101 103
10-12 10-11
1/f
Bruit thermique Bruit en 1/f
I23 I23
I23
I23
I23
SV23
SV23
SV14
SV14
104
Figure III-13 Comparaison des spectres de bruit effectuées sur un échantillon de ZnO déposé sur un substrat de verre à 400 °C (cf. AnnexeNo.20)pour 2 configurations de mesure :
Configuration (I23 - SV23) : bruit du matériau et bruit des contacts Configuration (I23 - SV14) : bruit du matériau seul.
Comme attendu, l’injection d’un courant continu fait apparaître des spectres inversement proportionnels à la fréquence, typiques du bruit en 1/f. Contrairement au précédent, cet échantillon présente des résistances de contact peu bruyantes. En effet, pour un même courant injecté, on peut noter cette fois que la configuration de mesure à 2 contacts (I23
- SV23) donne des puissances de bruit égales à celles obtenues par la configuration de mesure à 4 contacts (I23 - SV14).
Par ailleurs il est possible de mesurer directement le bruit en 1/f des contacts en utilisant les 2 configurations de mesure précédemment décrites :
i) Configuration (I23 - SV21) : les spectres de bruit sont obtenus en injectant le courant entre les contacts 2 et 3 et en mesurant le bruit entre les contacts 2 et 1. Dans ce cas nous ne mesurons que le bruit généré par la résistance du contact 2.
ii) Configuration (I23 - SV43) : les spectres de bruit sont obtenus en injectant le courant entre les contacts 2 et 3 et en mesurant le bruit entre les contacts 4 et 3. Dans ce cas nous ne mesurons que le bruit généré par la résistance du contact 3.
Les mesures de bruit issues de ces 2 configurations sont données dans la Figure III-14.
Elles ont été obtenues en injectant différents courants allant de 0 µA à 17,5 µA.
1,E-16 1,E-15 1,E-14 1,E-13 1,E-12 1,E-11
1 10 100 1000
Fréquence (HZ) SV(f) (V2 /HZ)
I23=17,5 µA V43 I23=5,7 µA V43 I23=0 V43 I23=17,5 µA V21 I23=5,7 µA V21 I23=0 V21 10-13
10-14
10-15
10-16 10-12 10-11
102
1 10 103
I23 I23 I23
I23 I23
I23
Bruit de contact 2 Bruit de contact 3
SV21
SV43 SV43
SV43
SV21
SV21
Figure III-14 Spectres de bruit des contacts effectués sur un échantillon de ZnO déposé sur un substrat de verre à 400 °C (cf. Annexe No.20) pour 2 configurations de mesure :
Configuration (I23 - SV21) : bruit de contact 2 Configuration (I23 - SV43) : bruit de contact 3.
Contrairement à toute attente, les relevés de bruit font apparaître des spectres blancs ne montrant aucun signe de bruit en 1/f. De plus pour une configuration de mesure donnée, les spectres sont indépendants du courant injecté et se confondent avec celui obtenu à courant nul caractérisant le bruit thermique. Ceci montre clairement que pour cet échantillon et pour les valeurs de courant injecté, le bruit en 1/f des contacts n’est pas prédominant devant le bruit thermique généré par la résistance formée entre les 2 plots en question. Cette étude montre également que les contacts sont de bonne qualité, et que dans ce cas il est possible de déterminer le bruit en 1/f propre au matériau en utilisant une simple configuration de mesure à 2 contacts.
L’objectif visé dans ce travail n’est pas de qualifier l’état des contacts électriques, mais de rechercher des informations sur les propriétés physiques du ZnO par la mesure de bruit.
Pour atteindre cet objectif, il est nécessaire de s’assurer que le bruit mesuré correspond bien à celui du matériau et non pas à celui des contacts. Pour la suite, les mesures de bruit se feront systématiquement en utilisant la configuration (I23 - SV14) qui permet de nous affranchir du bruit des contacts.