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Romain Dujardin

Épitaxie par jets moléculaires de nanostructures isolées de germanium sur silicium

Publié le 11 décembre 2006


Thèse soutenue le 11 décembre 2006 pour obtenir le grade de docteur de l'Université Joseph Fourier – Grenoble 1 - Spécialité : Physique

Résumé :
Les travaux présentés dans ce manuscrit sont consacrés à la croissance par épitaxie par jets moléculaires (EJM) de nanostructures isolées de Ge sur Si. Nous nous sommes intéressés à trois types de nanostructures ; des boîtes quantiques isolées de Ge avec une forte densité, des boîtes de Ge auto organisées sur des îlots de Si et des nanostructures de Ge incorporées dans des nanofils de Si. Un effort important a été porté sur l'élaboration de ces nanostructures par la voie EJM et sur la caractérisation de leurs propriétés structurales et chimiques. Nous avons mis en évidence par une étude de diffraction X en incidence rasante (GID) et par spectroscopie d'absorption X (EXAFS) que les boîtes quantiques de Ge épitaxiées à travers une fine couche d'oxyde étaient fortement contraintes par rapport au substrat de Si et sont presque pures Ge. La structure cristalline des boites de Ge encapsulées dans le Si a été étudiée par microscopie électronique en haute résolution (MET) et une étude par photoluminescence à basse température a montré une émission de ces boîtes dans le spectre visible. Cette luminescence a été attribuée à la présence de liaison résiduelle Ge-O à l'interface entre les boîtes et le Si d'encapsulation. La croissance d'îlots de Si par épitaxie latérale à travers la couche d'oxyde a permis de supprimer ces liaisons et d'obtenir une luminescence des boîtes de Ge dans l'infra rouge avec une très faible largeur de raie. Ce phénomène est attribué à une faible dispersion en taille des boites de Ge élaborées sur ces ilots de Si. Le dernier volet de ces travaux a porté sur l'élaboration de nanofils de Si par la voie VLS et sur l'incorporation de couches fines de Ge dans ces nanofils. L'interdiffusion du silicium dans ces couches de Ge a été quantifié par diffraction anomale et la structure cristalline des fils a été étudiée par MET.

Jury :
Président : Prof. Kuntheak Kheng
Rapporteur : Dr Olivier Briot
Rapporteur : Prof. Yves Garreau
Examinateur : Dr Stefano Colonna
Examinateur : Dr Jean Massies
Directeur de thèse : Dr André Barski

Mots clés :
MBE, nanostructures, TEM, EJM, Ge, Si, boîtes quantiques, nanofils, RHEED, diffraction, EXAFS

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