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Synthèse et propriétés de monocristaux, de poudres, films minces ou hétérostructures

Etudes à l'interface avec la matière biologique

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Thèse Olivier Landré

Publié le 24 juin 2010
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Soutenance 29 juin 2010
Mardi 29 juin 2010 à 14h30

Amphi M001 - INP-Grenoble (Minatec)

Olivier Landré

CEA/INAC/SP2M
Etude de la nucléation et de la croissance de structures filaires GaN et AlN


Résumé :

Le travail présenté traite de la compréhension des processus de croissance de structures
colonnaires de matériaux semiconducteurs nitrures. La technique de croissance utilisée
est l'épitaxie par jets moléculaires assistée par plasma (PA-MBE). Une variété
d'expériences étaye ce travail : des expériences de microscopie électronique à balayage
et à transmission, de diffraction
in situ, en cours de croissance, de diffraction multi-longueurs d'onde et de
spectroscopie en condition de diffraction (menées à l'ESRF sur les lignes BM2 et BM32),
et des expériences de photoluminescence.

Nous avons étudié les mécanismes de nucléation des nanofils nitrure de gallium (GaN)
réalisés sur un buffer de nitrure d'aluminium (AlN) de faible épaisseur (3nm) épitaxié
sur un substrat de silicium (111). Il est démontré que la relaxation complète des
précurseurs des nanofils GaN est un élément clé du mécanisme de nucléation. Dans le cas
des fils GaN, il apparaît en outre que la morphologie granulaire du buffer AlN joue un
rôle essentiel.

Nous avons analysé le développement des nanofils GaN, une fois la nucléation achevée.
Nous identifions la diffusion du gallium dans le plan de croissance ainsi que sur les
facettes des nanofils comme étant le mécanisme responsable de la croissance. Nous
montrons en particulier que l'In, qui joue le rôle de surfactant, active la diffusion de
Ga dans le plan et permet la croissance de nanofils GaN à des températures relativement
basses. Sur la base de la compréhension de la nucléation et du développement des nanofils
GaN, la croissance de nanofils AlN sur 4nm de SiO2 amorphe déposé sur Si(001) est
développée. C'est la première fois que ce type de nanofils est réalisé
par MBE.

Nous avons également étudié par diffraction in situ, en cours de croissance, la
relaxation des contraintes au cours de la réalisation d'un super réseau filaires AlN/GaN
sur des nanofils GaN. Nous comparons les résultats expérimentaux à des simulations
atomistiques (Valence Force Field) et mettons en évidence une relaxation purement
élastique des contraintes, indiquant l'absence de défauts cristallins (dislocations).

La croissance de nanofils AlGaN est abordée de façon préliminaire.

Directeurs : B. Daudin (CEA/INAC/SP2M) & H. Renevier (Grenoble INP/LMGP)


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mise à jour le 6 août 2013

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