MINATEC

Contexte. L’élaboration des objets (boîtes / puits quantiques ou nano-fils de semi-conducteurs, interconnections métalliques …) de la nanoélectronique utilise des méthodes de croissance telles que l’épitaxie par jets moléculaires (EJM) ou la croissance chimique en phase vapeur (CVD pour Chemical Vapour Deposition), qu’il est indispensable de maîtriser, tant au plan technique que fondamental.

Contexte. L’élaboration des objets (boîtes / puits quantiques ou nano-fils de semi-conducteurs, interconnections métalliques …) de la nanoélectronique utilise des méthodes de croissance telles que l’épitaxie par jets moléculaires (EJM) ou la croissance chimique en phase vapeur (CVD pour Chemical Vapour Deposition), qu’il est indispensable de maîtriser, tant au plan technique que fondamental. Si les mécanismes fondamentaux de la croissance par EJM sont très bien connus, ce n’est pas le cas de la croissance CVD, qui souffre du peu de possibilités de caractérisation in situ.

Nous disposons sur le synchrotron Européen de Grenoble (ESRF) d’une ligne de lumière couplée à une enceinte d’EJM permettant d’étudier in situ, par diffraction/diffusion des rayons X, les propriétés structurales (structure, rugosité, forme, taille, composition, organisation, corrélations) de (nano)-matériaux durant leur croissance. Cette installation déjà unique au monde, va être complétée début 2009 par la croissance CVD de germanium et de silicium à l’aide de silane et de germane.



Sujet. Le stage proposé sera le démarrage d’une thèse consacrée à l’étude in situ des mécanismes fondamentaux de la croissance par CVD, constituée de trois étapes :

-1- La croissance homo-épitaxiale de silicium sur Si(001) et Si(111), et de germanium sur Ge(001) et (111) ;

-2- La croissance hétéro-épitaxiale de Si/Ge et Ge/Si, avec formation d’une couche de mouillage ;

-3- La formation sur ces différentes surfaces/couches de mouillage d’alliages eutectiques avec des dépôts métalliques (Au, Al …), précurseurs à la formation de nanofils de semi-conducteurs.

Les mesures de rayons X permettront d’examiner les phénomènes fondamentaux (énergies d’activation des divers processus cinétiques, reconstructions de surface, rugosités, inter-diffusion, mouillage / démouillage …) mis en jeu dans ces croissances, et de comparer les mécanismes de croissance CVD et EJM.



Cadre du travail. L’étudiant(e) s’intégrera dans une équipe dont l’expertise pour l’étude in situ de la croissance (en particulier de semi-conducteurs Si et Ge, mais aussi de métaux et d’oxydes) à l’aide des rayons X synchrotron est internationalement reconnue, et ayant de nombreuses collaborations locales, européennes et internationales (CEA-LETI, Linz/Autriche, UCLA/États-Unis).

Une partie conséquente de son travail expérimental se fera au synchrotron Européen ESRF, dans une ambiance dynamique et internationale de très haut niveau. Il (elle) apprendra le fonctionnement d’une instrumentation complexe, couplant une chambre d’épitaxie en ultra-vide, un diffractomètre X et une ligne de lumière synchrotron (voir http://www.esrf.fr/UsersAndScience/Experiments/CRG/BM32/). Pour l’analyse de ses données, il (elle) utilisera et développera des programmes mis au point à l’ESRF et dans le laboratoire.

L’étudiant(e) utilisera en outre les moyens de la plateforme technologique commune du site de MINATEC pour préparer les substrats et compléter les études RX in situ par des mesures ex situ par microscopie électronique à balayage haute résolution et microscopie à force atomique.



La thématique proposée se situe en recherche fondamentale avec des enjeux importants en recherche appliquée. L’étudiant(e) travaillera en lien étroit avec deux chercheurs permanents, un post-doctorant, un thésard et un technicien. Il bénéficiera à la fois de l’environnement scientifique de l’ESRF (voir http://www.esrf.fr) et du laboratoire SP2M (http://www-inac.cea.fr/sp2m/), spécialisé dans l’élaboration et l’étude des propriétés physiques et structurales de nanostructures.



Ce sujet est proposé pour un stage de MASTER 2, une continuation en thèse est fortement souhaitée.

Formation et compétences recherchées :

Nano-physique, matière condensée, matériaux, physique du solide, physique auprès des grands instruments. Goût pour l’expérimentation, l’analyse et le travail en équipe



Contacts : Gilles Renaud , Tobias Schülli, Nanostructures et Rayonnement Synchrotron CEA Grenoble / INAC / SP2M 17 avenue des Martyrs 38054 Grenoble



courriel : gilles.renaud@cea.fr Tel. : 04 38 78 35 58 (CEA) ou 04 76 88 24 20 /23 16 (ESRF)

courriel : tobias.schulli@cea.fr Tel. : 06 63 45 32 33 ou 04 76 88 24 20 / 23 16 (ESRF)