Matthieu Petit

Axe

Nanomatériaux

E-mail

matthieu.petit@univ-amu.fr

Phone

+33(0)6 62 92 28 65

Fax

+33(0)4 91 41 89 16

Localisation

R2

Grade

MC

Fonction

enseignant - chercheur

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Activité

semiconducteurs, surfaces

Thèmes

Surfaces et interfaces des semi-conducteurs, croissance par MBE des semi-conducteurs

CV, liste articles, etc :

 

Recherche

  • Croissance et proriétés de Mn5Ge3
  • films minces de semiconducteurs organiques
  • Capteurs chimiques à base de transistor à effet de champs (FET)

L'alliage Mn5Ge3 :
L'essentiel des mes activités de recherche porte sur la croissance épitaxiale, par MBE, de l'alliage Mn5Ge3 sur substrat de germanium (111) et sur les propriétés électriques et magnétiques de cet alliage. Mn5Ge3 est un métal présentant des atouts pour l'électronique de spin : il possède une température de Curie élevée de 296 K et est donc épitaxiable sous forme de lm mince sur Ge(111). De plus la température de Curie peut être augmentée jusqu'à 450 K avec l'introduction de carbone, en position interstitielle dans la maille de Mn5Ge3 , pour former les alliages Mn5Ge3Cx .

Les films de Mn5Ge3 sont habituellement élaborés par solid phase epitaxy (SPE) : du manganèse est déposé à froid sur le substrat de Ge(111) puis un recuit thermique vers 620 K est eectué an de former la phase Mn5Ge3.

Nous avons développé une technique de croissance originale de Mn5Ge3 sur Ge(111) : il s'agit du co-dépôt à température ambiante de Ge et de Mn, en flux stochiométriques, et toujours par MBE. Cette technique évite tout recours à un recuit pour former la phase Mn5Ge3. La formation de la phase Mn5Ge3 est favorisée par son enthalpie de formation très légèrement plus faible que les autres phases du système GeMn, par la symétrie d'ordre 3 de la surface du Ge(111) qui s'accorde, en partie, avec la maille hexagonale de Mn5Ge3 (le désaccord de paramètre de maille est de 3.7%) et par une énergie d'interface Mn5Ge3/Ge relativement faible (0.53 J/m2). Les mesures électriques et les études de diffusion de Mn conrment que cette technique de croissance améliore la qualité de l'interface au niveau chimique et électrique. De plus l'absence de recuit pour former Mn5Ge3, permet de modier les caractéristiques du contact Schottky (hauteur de barrière et longueur de la zone de déplétion) en insérant une très ne couche de Ge fortement dopé juste à l'interface, juste avant le co-dépôt de Mn5Ge3.

A l'heure actuelle, je m'intéresse au tout premier stade de la croissance de ces films créés par co-dépôt, et à la manière dont le désaccord de paramètre de maille entre Mn5Ge3 et Ge(111) est accordé. Il semble que ce désaccord soit accommodé par la présence de dislocations interfaciales et par une croissance pseudomorphique.

La croissance de films minces de Mn5Ge3 et la surface de ces films étant maintenant maîtrisées par notre équipe, je souhaite étudier l'interface entre Mn5Ge3 et des molécules organiques. Nous avons récemment démontré la faisabilité du dépôt de monocouches organiques auto-assemblées (monocouches d'alcanethiols), en phase liquide, sur des films de Mn5Ge3. Je souhaite développer cet axe vers, à terme, la démonstration de la possibilité de manipuler un courant polarisé en spin dans une jonction tunnel composée de radicaux organiques (types bithiophene ou bisethylenedioxythiophene) et de Mn5Ge3.

 

Films minces de molécules organiques :

  • fabrication de transistors à fonctionnalités  innovantes, comme des transistors pilotés par la lumière
  • fabrication de capteurs chimiques et biochimiques, basés sur des transistors organiques à effet de champ, et dont le diélectrique de grille est composé d'une couche lipidique. L'intérêt de cette couche lipidique est qu'elle peut être fonctionnalisée aisément par des chélateurs spéciques aux espèces chimiques qui doivent être détectées. La sélectivité de tels capteurs est donc importante. L'un des verrous à lever est l'optimisation du film organique semiconducteur et l'interface entre le semiconducteur organique et la couche de lipide.

 

Parcours

I Elaboration et caractérisation de films minces semi-conducteurs :

I.1 Films minces de nitrure d’indium : (Doctorat, 2001-2004) LASMEA, UMR 6602 CNRS/Université Blaise Pascal Clermont-Ferrand II

La fabrication des films minces d’InN sur InP se base sur des travaux antérieurs à ma thèse concernant l’étude avec les techniques ultravides de la surface de l’InP(100). Ces travaux ont montré que sous l’action d’un bombardement d’ions argon, la surface de substrats d’InP (100) se couvre de cristallites d’indium métallique de taille nanométrique. L’idée originale de fabrication des films minces d’InN sur InP (100) repose sur l’utilisation de ces cristallites d’indium pour former les toutes premières monocouches atomiques d’un film mince d’InN. Je me suis attaché à l’optimisation de ce processus de nitruration et plus particulièrement à l’étude de l’effet de deux paramètres expérimentaux clés : le temps d’exposition de la surface d’InP(100) au flux d’azote et l’angle d’incidence du flux par rapport à la surface de l’échantillon. 40 minutes de nitruration sous un angle rasant donnent les films de nitrures les plus épais et de meilleures passivations de surface en terme de densité d’états. J’ai également conduit une étude sur l’influence d’un recuit sur les couches d’InN ainsi créées. Le processus de nitruration étant réalisé dans une enceinte ultravide, j’ai caractérisé in situ la surface de l’échantillon tout au long des différentes étapes du processus à l’aide de plusieurs spectroscopies électroniques : AES, XPS, EELS et EPES, au LASMEA et également lors de runs au synchrotron Elettra à Trieste (Italie) sur la ligne Tchèque « Materials Science ». Des mesures ex-situ sont venues en appoint des spectroscopies électroniques : mesures électriques, photoluminescence et images TEM.

I.2 Films minces organiques semi-conducteurs sur substrats silicium : (Post-doctorat, 2006-2008) NIMS (National Institute or Materials Science), Tsukuba, Japan

Ces dernières années, les composés électroniques basés sur les films minces de semi-conducteurs organiques sont devenus une alternative aux traditionnels dispositifs à base de silicium. Nous avons étudié une molécule organique particulière : le N,N’-Bis(n-pentyl)terrylene-3,4:11,12-tetracarboximide (TTCD-5C). C’est une molécule semi-conductrice de type n. La première partie de l’étude a concerné les propriétés des films minces de TTCDI-5C déposés sur les substrats de silicium sous ultravide par jets moléculaires. La morphologie de la surface et la cristallinité des films minces ont été investiguées en fonction de la température du substrat durant le temps de dépôt à l’aide des techniques AFM, MEB et XRD. Les conditions expérimentales donnant les meilleurs résultats en terme de morphologie de surface et cristallinité des films minces ont été retenues pour la fabrication des transistors à effet de champ basés sur ces films minces de TTCDI-5C. Plusieurs transistors ont été fabriqués avec différentes longueurs de canal. Les mesures électriques ont permis : de mettre en évidence le comportement type n des molécules TTCDI-5C comme attendu. d’accéder à des valeurs de mobilité à saturation de l’ordre de 5x10-2 cm2.V-1.s-1, des tensions seuil de 20V et à des rapports ION/IOFF supérieurs à 106. Des mesures électriques en température –interprétées selon le modèle MTR (multiple traps and releases) qui prédit une activation thermique de la conduction électrique- ont révélé une énergie d’activation des porteurs de charges de l’ordre de 100meV

 

II Fabrication de matrices de nano transistors à effet de champ en silicium pour la détection de signaux neuronaux. Institut Néel UPR 2046 – CRETA UPS 2070, Projet ANR « NeuroFET », Grenoble, 2008.

Afin de développer des systèmes « neuroélectroniques », il est nécessaire de combiner l’aspect dynamique cellulaire des neurones et l’aspect circuits électroniques. L’utilisation de transistors de taille nanométrique, voire de nano fils permet de réaliser un couplage direct neurones/composant électronique, avec des techniques non invasives pour les cellules, afin de détecter et/ou produire des signaux électriques. Le but du projet est donc de détecter les signaux électriques parcourant les dendrites des neurones au moyen d’un réseau de nano transistors en silicium. La première étape, déjà très avancées dans l’équipe, consiste à maîtriser la croissance contrainte des axones sur des substrats de SiO2. En effet, il faudra être capable de « diriger » la croissance de l’axone de telle sorte que celui-ci se développe entre les contacts de sources et de drains des transistors à effet de champ. Le potentiel parcourant l’axone jouera alors le rôle de champ de modulation de la grille du transistor à effet de champ. La seconde étape concerne la fabrication de la matrice de nano transistors. Il a été choisi une approche top-down mettant à contribution les substrat SOI fournit par SOITEC. Cette approche présente plusieurs avantages comme la possibilité d’accéder à des dessin des matrice de transistors aux formes adaptées par exemple à la disposition en « soleil » des dendrites émanant du soma du neurone.

Publications

2020

Selective modification of the unquenched orbital moment of manganese introduced by carbon dopant in epitaxial Mn5Ge3C0.2/Ge(111) films

R. Kalvig, E. Jedryka, M. Wojcik, Matthieu Petit, L. Michez

Physical Review B: Condensed Matter (1978-1997) 101 (2020)10.1103/PhysRevB.101.094401

Electrolyte-gated-organic field effect transistors functionalized by lipid monolayers with tunable pH sensitivity for sensor applications

Tin Phan Nguy, Ryoma Hayakawa, Volkan Kilinc, Matthieu Petit, Yemineni S L V Narayana, Masayoshi Higuchi, Jean-Manuel Raimundo, Anne Charrier, Yutaka Wakayama

Applied Physics Express 13:011005 (2020)10.7567/1882-0786/ab5322

2019

Stable operation of water-gated organic field-effect transistor depending on channel flatness, electrode metals and surface treatment

Tin Phan Nguy, Ryoma Hayakawa, Volkan Kilinc, Matthieu Petit, Jean-Manuel Raimundo, Anne Charrier, Yutaka Wakayama

Japanese Journal of Applied Physics 58:SDDH02 (2019)10.7567/1347-4065/ab09d2

Step flow growth of Mn5Ge3 films on Ge(111) at room temperature

Matthieu Petit, Amine Boussadi, Vasile Heresanu, Alain Ranguis, Lisa Michez

Applied Surface Science 480:529-536 (2019)10.1016/j.apsusc.2019.01.164

2018

Hyperfine fields and anisotropy of the orbital moment in epitaxial Mn5Ge3 films studied by Mn55 NMR

R. Kalvig, E. Jedryka, M. Wojcik, G. Allodi, R. de Renzi, Matthieu Petit, Lisa Michez

Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics 97:174428-174428 (2018)10.1103/PhysRevB.97.174428

From the very first stages of Mn deposition on Ge(001) to phase segregation

Sion Olive Mendez, Matthieu Petit, Alain Ranguis, Vinh Le Thanh, Lisa Michez

Crystal Growth and Design 18:5124-5129 (2018)10.1021/acs.cgd.8b00558

Investigations of the Anodic Porous Etching of n-InP in HCl by Atomic Absorption and X-ray Photoelectron Spectroscopies

Lionel Santinacci, Muriel Bouttemy, Matthieu Petit, Anne-Marie Goncalves, Nathalie Simon, Jackie Vigneron, Arnaud Etcheberry

Journal of The Electrochemical Society 165:3131-3137 (2018)10.1149/2.0181804jes

Thiol-functionalization of Mn5Ge3 thin films

Marta Schütz, Matthieu Petit, Lisa Michez, Alain Ranguis, Guillaume Monier, Christine Robert-Goumet, Jean-Manuel Raimundo

Applied Surface Science 451:191-197 (2018)10.1016/j.apsusc.2018.04.231

2017

Atomic layer deposition of HfO2 for integration into three-dimensional metal–insulator–metal devices

Loïc Assaud, Kristina Pitzschel, Maïssa K. S. Barr, Matthieu Petit, Guillaume Monier, Margrit Hanbücken, Lionel Santinacci

Applied physics. A, Materials science & processing 123:768 (2017)10.1007/s00339-017-1379-2

2016

Synthesis and Study of Stable and Size-Controlled ZnO-SiO2 Quantum Dots: Application as a Humidity Sensor

Mohamed Aymen Mahjoub, Guillaume Monier, Christine Robert-Goumet, François Reveret, Mosaab Echabaane, Damien Chaudanson, Matthieu Petit, Luc Bideux, Bernard Gruzza

Journal of Physical Chemistry C 120:11652-11662 (2016)10.1021/acs.jpcc.6b00135

An introduction to photocatalysis through methylene blue photodegradation

Matthieu Petit, Lisa Michez, Jean-Manuel Raimundo, Tuhiti Malinowski, Philippe Dumas

European Journal of Physics 37:065808 (2016)10.1088/0143-0807/37/6/065808

Electrical and optical measurements of the bandgap energy of a light-emitting diode

Matthieu Petit, Lisa Michez, Jean-Manuel Raimundo, Philippe Dumas

Physics Education 51:025003 (2016)10.1088/0031-9120/51/2/025003

Mn5Ge3C0.6/Ge(111) Schottky contacts tuned by a n-type ultra-shallow doping layer

Matthieu Petit, Ryoma Hayakawa, Yutaka Wakayama, Vinh Le Thanh, Lisa Michez

Journal of Physics D: Applied Physics 49:355101 (2016)10.1088/0022-3727/49/35/355101

2015

Ferromagnetic resonance and magnetic damping in C-doped Mn5Ge3

Charles Emmanuel Dutoit, Voicu Dolocan, Michael Kuzmin, Lisa Michez, Matthieu Petit, Vinh Le Thanh, Benjamin Pigeau, Sylvain Bertaina

Journal of Physics D: Applied Physics 49:045001 (2015)10.1088/0022-3727/49/4/045001

Interface engineering for improving optical switching in a diarylethene-channel transistor

R. Hayakawa, Matthieu Petit, K. Higashiguchi, K. Matsuda, T. Chikyow, Y. Wakayama

Organic Electronics 21:149-154 (2015)10.1016/j.orgel.2015.03.011

Magnetic anisotropy and magnetic domain structure in C-doped Mn5Ge3

L.-A. Michez, F. Virot, Matthieu Petit, R. Hayn, L. Notin, Olivier Fruchart, Vasile Heresanu, Matthieu Jamet, Vinh Le Thanh

Journal of Applied Physics 118:043906 (2015)10.1063/1.4927423

Magnetic reversal in Mn5Ge3 thin films: an extensive study

L. Michez, A. Spiesser, M. Petit, S. Bertaina, J.F. Jacquot, Didier Dufeu, C. Coudreau, M. Jamet, Thanh V. Le

Journal of Physics: Condensed Matter 27:266001 (2015)10.1088/0953-8984/27/26/266001

Very low-temperature epitaxial growth of Mn5Ge3 and Mn5Ge3C0.2 films on Ge(111) using molecular beam epitaxy

Matthieu Petit, Lisa Michez, Charles-Emmanuel Dutoit, Sylvain Bertaina, Voicu Dolocan, Vasile Heresanu, Mathieu Stoffel, Vinh Le Thanh

Thin Solid Films 589:427-432 (2015)10.1016/j.tsf.2015.05.068

2014

3D-nanoarchitectured Pd/Ni catalysts Prepared by atomic layer deposition for formic acid electrooxidation

L. Assaud, E. Monyoncho, K. Pitzschel, A. Allagui, Matthieu Petit, M. Hanbucken, E. A. Baranova, L. Santinacci

Beilstein Journal of Nanotechnology 5:162-172 (2014)10.3762/bjnano.5.16

3D-nanoarchitectured Pd/Ni catalysts prepared by atomic layer deposition for the electrooxidation of formic acid

Loïc Assaud, Evans A. Monyoncho, Kristina Pitzschel, Anis Allagui, Matthieu Petit, Margrit Hanbücken, Elena A. Baranova, Lionel Santinacci

Beilstein Journal of Nanotechnology 5:162-172 (2014)10.3762/bjnano.5.16

Molecular-beam epitaxial growth of tensile-strained and n-doped Ge/Si(001) films using a GaP decomposition source

T.K.P. Luong, A. Ghrib, M.T. Dau, M.A. Zrir, M. Stoffel, V. Le Thanh, Rachid Daineche, T.G. Le, V. Heresanu, Omar Abbes, Matthieu Petit, M. El Kurdi, P. Boucaud, H. Rinnert, J. Murota

Thin Solid Films 557:70-75 (2014)10.1016/j.tsf.2013.11.027

2013

Mn5Ge3C0.8 contact for spin injection into Ge

I.A. Fischer, C. Sürgers, Matthieu Petit, V. Le Thanh, J. Schulze

ECS Transactions 58:29-36 (2013)

Epitaxial growth and magnetic properties of Mn5Ge3/Ge and Mn5Ge3Cx/Ge heterostructures for spintronic applications

V. Le Thanh, A. Spiesser, M.T. Dau, S.F. Olive-Mendez, L. Michez, Matthieu Petit

Advances in Natural Sciences : Nanoscience and Nanotechnology 4:043002 (2013)10.1088/2043-6262/4/4/043002

Control of tensile strain and interdiffusion in Ge/Si(001) epilayers grown by molecular-beam epitaxy

T.K. P. Luong, M.T. Dau, M.A. Zrir, Mathieu Stoffel, V. Le Thanh, Matthieu Petit, A. Ghrib, M. Elkurdi, P. Boucaud, Hervé Rinnert, J. Murota

Journal of Applied Physics 114:083504 (2013)10.1063/1.4818945

Development of Monte-Carlo simulations for nano-patterning surfaces associated with MM-EPES analysis Application to different Si (111) nanoporous surfaces

Christine Robert-Goumet, M.A. Mahjoub, G. Monier, Luc Bideux, S. Chelda, R. Dupuis, Matthieu Petit, P. Hoggan, Bernard Gruzza

Surface Science 618:72-77 (2013)

The effect of carbon doping on structural and magnetic properties of Mn5Ge3/Ge heterostructures

A. Spiesser, M.T. Dau, L.A. Michez, Matthieu Petit, V. Le Thanh

ECS Transactions 58:157-165 (2013)

2012

Suppression of Mn segregation in Ge/Mn 5Ge 3 heterostructures induced by interstitial carbon

Mt Dau, Vinh Le Thanh, Tg Le, A Spiesser, M Petit, La Michez, Th Ngo, Dl Vu, Ql Nguyen, P Sebban

Thin Solid Films 520:doi: 10.1016/j.tsf.2011.10.167 (2012)

Growth competition between semiconducting Ge1-x Mnx nanocolumns and metallic Mn5Ge3 clusters

T-G. Le, M.T. Dau, V. Le Thanh, D.N.H. Nam, Matthieu Petit, L.A. Michez, V.K. Nguyen, M.A. Nguyen

Advances in Natural Sciences : Nanoscience and Nanotechnology 3:025007 (2012)10.1088/2043-6262/3/2/025007

Carbon diffusion and reactivity in Mn5Ge3 thin films

Matthieu Petit, M.-T. Dau, G. Monier, L. Michez, X. Barre, A. Spiesser, V. Le Thanh, A. Glachant, C. Coudreau, Luc Bideux, Christine Robert-Goumet

physica status solidi (c) 9:1374-1377 (2012)10.1002/pssc.201100448

Magnetic anisotropy in epitaxial Mn5Ge3 films

A. Spiesser, F. Virot, L.A. Michez, R. Hayn, S. Bertaina, Luc Favre, Matthieu Petit, V. Le Thanh

Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics 86:035211 (2012)10.1103/PhysRevB.86.035211