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Marie-Ingrid Richard

Études in situ et ex situ par rayonnement synchrotron de la croissance d'îlots de Ge sur substrats de Si(001) nominaux et préstructurés

Publié le 14 décembre 2007


Thèse soutenue le 14 décembre 2007 pour obtenir le grade de docteur de l'Université Joseph Fourier de Grenoble - Spécialité : Physique

Résumé :
Les travaux présentés dans ce manuscrit sont consacrés à l'étude structurale (taille, déformation, défauts, composition) d'îlots de Ge sur substrats de Si(001) nominaux et pré-structurés durant ou après croissance par épitaxie par jet moléculaire, en utilisant la diffraction (anomale) des rayons X en incidence rasante àl 'Installation Européenne de Rayonnement Synchrotron (ESRF). Les échantillons ont été caractérisés soit ex situ après croissance sur la ligne de lumière ID01, soit in situ durant leur croissance par EJM grâce au dispositif dédié sur la ligne BM32. Les effets dynamiques associés à l'utilisation de l'incidence rasante ont été étudiés sur la base de simulations des champs de déformations dans les nanostructures de Ge. Les résultats ont montré l'influence majeure de l'angle d'incidence sur l'intensité diffusée par les nano-objets de taille de l'ordre de la centaine de nanomètres. Une nouvelle technique de rayons X a été développée pour détecter leur présence et étudier la structure de leur coeur en se concentrant sur l'intensité diffusée par les défauts autour de réflexions interdites. Pour comprendre les dynamiques de croissance, la forme, la taille, le mode de croissance, la composition et la présence éventuelle de défauts et/ou d'ordre atomique à l'intérieur des nanostructures ont été caractérisés en fonction du dépôt, de sa température, de la vitesse de croissance et du recuit. L'évolution des déformations, la transition élastique-plastique, l'interdiffusion et leur relation avec les différentes morphologies des îlots ont été étudiés grâce à l'utilisation de techniques in situ de rayons X. L'étude a mis en évidence l'apparition précoce des dislocations dans les îlots durant la croissance lente de Ge sur Si(001) et la formation d'un nouveau type de superdomes qui résulte de la coalescence d'îlots.
Enfin, les croissances sur surfaces Si(001) nominales et pré-structurées ont été comparées. La structuration a été obtenue soit par lithographie électronique soit par collage moléculaire et attaque chimique. Ces études ont permis de montrer qu'en modulant la surface, il est possible de changer l'état de relaxation et l'énergie élastique totale des îlots sans modifier leur composition moyenne en Ge. Ces résultats ont aussi révélés que le processus d'interdiffusion n'est pas induit par la contrainte mais plutôt par les phénomènes de diffusion de surfaces.

Jury :
Rapporteur : Dr Isabelle Berbezier
Rapporteur : Pr Vaclav Holy
Examinateur : Pr Günther Bauer
Examinateur :  Pr Yves Garreau
Examinateur : Dr Armando Rastelli
Co-Directeur de thèse : Dr Till-Hartmut Metzger, Dr Gilles Renaud, Pr Hubert Renevier

Mots clés :
Ge, Si(001), Déformation, MAD, diffraction anomale, GISAXS, GIXD, diffraction et diffusion des rayons X en incidence rasante, îlots nanométriques, simulations par élément finis, défauts, fautes

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