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Gaétan Girard

Développement des méthodes de Ptychographie et diffraction cohérente des rayons X en géométrie de Bragg, application à l'étude de nano-structures

Publié le 4 mars 2020
Thèse soutenue le 04 mars 2020 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Physique de la Matière Condensée et du Rayonnement

Résumé :
L’ingénierie des contraintes révolutionne actuellement le monde de la nanotechnologie, en ce qu’elle permet d’améliorer les performances de dispositifs tels que les structures semi-conductrices, en manipulant les propriétés physiques des matériaux à travers une déformation élastique. La nécessité de méthodes de caractérisation non-invasives, précise à l’échelle nanométrique et ultra-sensible aux déformations, s’en trouve donc accrue. Les nanostructures étudiées servent d’étalons pour le développement d’une méthodologie basée sur la diffraction de rayons X en condition de Bragg. Dans ce travail, la technique de Microscopie par balayage de diffraction X (SXDM) est d’abord détaillée et appliquée à des couches ultra minces de SiGe contraint sur isolant, démontrant être un puissant outil statistique pour évaluer la relaxation de la contrainte après gravure. Ensuite, le manuscrit décrit les techniques d’imagerie par diffraction de rayons X cohérents (CDI) en condition de Bragg, qui permets de reconstruire la densité électronique complexe 3D d’une cristal, et de Ptychographie, qui se base sur l’introduction d’une diversité par translation du faisceau sonde. L’objectif est de combiner ces deux techniques pour développer une technique de haute précision spatiale et ultra-sensible aux déformation, sur des objets pouvant être étendus. Par conséquent, la Ptychographie en condition de Bragg est introduite, ainsi que les algorithmes associés qui permettent de reconstruire à la fois l’échantillon et le faisceau probe, ce dernier étant essentiel pour obtenir des reconstructions concluantes. Il est démontré qu’une approche 2D par projection est suffisante et quantitative dans les cas limites auxquels la thèse se confronte: matériaux ultra-fin approximés par des couches 2D et matériaux ultra-deformés pour lesquels seuls les sous-volumes dans lesquels la déformation varie peu (isostrain) peuvent être reconstruits.

Jury :
Rapporteur : Sylvain Ravy
Rapporteur : Stéphane Labat
Examinateur : Marc de Boissieu
Examinatrice : Virginie Chamard
Directeurs de thèse : Vincent Favre-Nicolin et Joël Eymery

Mots clés :
Nanostructures, imagerie par diffraction cohérente, Rayons X, Rayonnement Synchrotron