Résumé de la thèse

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la redéfinition des unités du système international d'unités à partir de constantes fondamentales. L’ampère serait ainsi redéfini à partir de la charge de l'électron et de la seconde. Pour mettre en pratique cette définition, les métrologues travaillent à la mise au point d’un étalon quantique de courant à partir d'un dispositif monoélectronique pouvant délivrer un courant d’une centaine de picoampère mesuré avec une incertitude de 10–7. Les dispositifs étudiés au cours de cette thèse sont des pompes à électrons fabriquées au CEA-LETI à partir de nanofils de silicium et qui fonctionnent sur le principe du blocage de Coulomb et de l'effet tunnel à un électron. Ils sont constitués de deux barrières tunnel dont la hauteur peut être contrôlée par l'effet de champ de deux grilles. L'application de signaux alternatifs sur ces grilles à une fréquence f permet de générer un courant quantifié : I = e·f, mesuré à l’aide d’un comparateur cryogénique de courant (CCC), instrument métrologique permettant d'amplifier et de mesurer avec une grande exactitude les faibles courants. Les meilleurs résultats obtenus durant ces trois années sur des pompes à électrons silicium ont permis d'aboutir à la mesure, pour f = 50 MHz, d'un courant stable sur une durée de 14 heures avec une incertitude relative de type A de quelques 10–6. Ces mesures ont été réalisées avec un CCC dans un mode de contre-réaction simplifié ne permettant que des mesures relatives du courant généré. À la fin de cette thèse, la modification du système de mesure a commencé dans le but de réaliser des mesures absolues du courant généré par une pompe à électrons.