Nous étudions la formation de couches minces et ultra-minces sur un substrat après divers types de dépôt sur une surface (épitaxie par jets moléculaires, ablation laser, évaporation …) ou après réaction chimique entre cette surface et un milieu externe (exposition aux gaz, aux liquides).

De nombreux processus et paramètres régissent cette croissance et déterminent les propriétés physiques des systèmes formés :

• la structure atomique du substrat, éventuellement sous contraintes ou déformé du fait de la proximité d’une surface libre ou d’une interface ;

• la présence de défauts ponctuels ou étendus de surface, d’interface ou de volume ;

• le transport d’espèces atomiques ou moléculaires à travers la couche en croissance ;

• la réactivité chimique d’une surface ou d’une interface.

Notre objectif, pour un système donné, est d’établir les liens entre la nature de la couche (profils de composition et de structure), ses propriétés physiques et les processus principaux conduisant à sa formation, après avoir identifié ces derniers, notamment par traçage isotopique. Nous privilégions le cas de couches nanométriques car l’étendue des champs de déformation cristalline, de transfert de charge par effet tunnel, ou de la longueur de cohérence d’un spin, par exemple, est très souvent de cet ordre de grandeur. Le cas de l’étude de la formation de couches nanométriques est donc d’un intérêt spécifique aussi bien du point de vue des mécanismes de formation de la couche que de leurs propriétés physiques, et est aussi d’un très grand intérêt technologique.

© Photothèque CNRS. Christophe Lebedinsky SAFIR / Système d’Analyse par Faisceaux d’Ions Rapides

Nous nous intéressons à de nombreux systèmes destinés à la microélectronique tel que la formation de diélectriques sur Si (HfO₂ et ses dérivés nitrurés) pour l’isolant de grille des transistors à effet de champs (MOSFET), l’oxydation thermique de SiC, la croissance de semiconducteurs magnétiques (GaMnAs, ZnO:Co,Mⁿ), ou la croissance de nanocristaux de SiC à l’interface SiO₂/SiC. La formation d’alliages Ni-Al et la croissance thermique d’Al₂O₃ sur ces alliages est également étudiée. Dans certains cas (SiC, diamant) nous étudions des défauts crées de manière contrôlée par faisceau d’électrons ou d’ions.

Pour toutes ces études nous disposons d’outils expérimentaux spécialisés, et souvent développés par notre équipe :

• un Système d’Analyse par Faisceaux d’Ions Rapides (SAFIR) developpé autour de notre accélérateur Van de Graaff,
• des fours adaptés pour la manipulation de gaz marqués isotopiquement, (²H, ¹³C, ¹⁵N, ¹⁷O, ¹⁸O...)
• des spectromètres pour la Résonance Paramagnétique Electronique (RPE)
• et un accélérateur d’électrons.
  
  

De nouveaux développements expérimentaux sont en cours : RPE des surfaces (projet SURFER) et l’analyse à très haute résolution en profondeur par diffusion Coulombienne d’ions (projet Medium Energy Ion Scattering MEIS).