​Par Minh Anh LUONG
Laboratoire d'Étude des Matériaux par Microscopie Avancée (LEMMA)

Les nanofils semi-conducteurs suscitent un intérêt croissant en raison de leur potentiel pour de nouvelles applications dans les transistors à effet de champ, les photodétecteurs et les biocapteurs. En particulier, la géométrie des nanofils offre la possibilité de fabriquer des hétérostructures axiales auxquelles il est facile d’accéder électriquement par des contacts pris aux extrémités. Selon les dimensions et la composition des hétérostructures, les porteurs peuvent subir des effets de confinement quantique, permettant de fabriquer des boites ou des disques quantiques connectés électriquement. Ainsi, la formation de contacts en silicide ou en germanide, via une réaction à l'état solide activée thermiquement entre un métal et un nanofil de Si ou de Ge, a suscité beaucoup d'intérêt en raison de son avantage pour la fabrication de dispositifs à canal court à partir de nanofils fait par croissance ‘bottom up’, qui parait plus aisé et moins couteux qu’une approche par lithographie et gravure du style ‘top down’. L'avantage de cette approche est que lors du chauffage, le métal pénètre dans le nanofil semi-conducteur aux deux extrémités, créant une région (inter) métallique. Si le processus est bien contrôlé et arrêté au bon moment, il ne reste qu'une mince section de semi-conducteur entre les contacts métalliques, ce qui permet de fabriquer des boîtes ou des disques quantiques mis en contact électriquement dans des structures filaires en une seule étape de fabrication.
La diffusion à l'état solide induite thermiquement de l’Al dans un nanofil de Ge est un système prometteur car, contrairement à d'autres combinaisons métal-semi-conducteur ou une phase intermétallique est formée, une phase monocristalline d’Al pur est créée dont l’interface avec le nanofil de Ge est nette. De plus, la combinaison du couplage spin-orbite intrinsèquement fort du Ge et les propriétés supraconductrices de l'Al font de ce système une plate-forme prometteuse pour l'étude de dispositifs semi-conducteurs hybrides supraconducteurs qui pourraient être un des éléments constitutifs potentiels des dispositifs d'interférence quantique supraconducteurs (SQUID). Le défi abordé dans cette thèse est d'étudier la réaction d'échange de l'aluminium induit thermiquement à la fois dans les nanofils pur de Ge et d'alliage Si_xGe_1-x en utilisant les techniques de microscopie électronique à transmission (TEM) in situ, afin de permettre une meilleure compréhension et un meilleur contrôle des mécanismes impliqués dans la réaction.