Épitaxie pour les micro et nano technologies - KAMA9M26

Objectif(s)

L'objectif de ce cours est de présenter les mécanismes de croissance cristalline illustrés par des exemples pris dans le domaine des matériaux semiconducteurs. La première partie présentera les principes de base de l’épitaxie et les deux principales techniques de croissance utilisées dans l'industrie. La deuxième partie sera consacrée à l’héteroépitaxie qui met en jeu des déformations élastiques et plastiques et qui conduit à 4 modes de croissances distincts par minimisation de l’énergie totale du système. Une troisième partie abordera spécifiquement la croissance des nanostructures (puits quantiques, nanofils et boites quantiques) et ouvrira vers des approches nouvelles telle que la croissance sur graphène. Par ailleurs, 2 techniques de caractérisation structurale importantes (microscopie électronique à transmission et la diffraction des rayons X en incidence rasante) seront introduites et utilisées dans le cadre de ce cours.

Contenu(s)

Partie I : Concepts de base de l’épitaxie et techniques de croissance1. Introductiona. C’est quoi l’épitaxie ?b. Propriétés des substrats2. Homoepitaxiea. Représentation atomistique de la croissance épitaxialeb. Croissance en terraces sur des surfaces vicinales3. Description des principales techniques d’épitaxiea. Molecular beam epitaxy (MBE)b. Metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) Partie II : Hétéroépitaxie et modes de croissance1. Introductiona. Définition de l’hétéroépitaxieb. Définition de l’épaisseur critiquec. Energie de surface2. Croissance bidimensionnelle cohérentea. Rappel de la théorie élastiqueb. Modèle de contrainte élastique biaxiale3. Relaxation plastiquea. Type de dislocationsb. Modèle de Matthews: énergie de formation des dislocations de désaccord de maillec. Calcul de l’épaisseur critique4. Relaxation élastiquea. Découverte de la relaxation élastiqueb. Transition Stranski-Krastanov (SK)5. Modes de croissancea. Mode de croissance bidimensionnelle cohérenteb. Mode de croissance SK cohérentec. Mode de croissance bidimensionnelle avec dislocations d’interfaced. Mode de croissance SK avec dislocations d’interfacee. Détermination du mode de croissance Partie III : Croissances avancées de nanostructures1. Croissance de nanostructures semiconductricesa. Puits quantiques (nanostructures 2D)b. Nanofils (nanostructures 1D)c. Boîtes quantiques (nanostructures 0D)2. Croissances sélectives organiséesa. Principeb. Forme de croissance des nanostructuresc. Application: Epitaxial Lateral Overgrowth (ELO)3. Croissances hybrides sur graphènea. Croissance CVD du graphèneb. “Remote” épitaxiec. Epitaxie Van der Walls

Notions de mécanique des milieu continu
Notions de cristallographie
Notions de Physiques des Semiconducteurs