Heterostructure Si/Ge

Présentation

  • Hétérostructures à base de Si/Ge”

Ce travail est basé sur des structures à base de silicium et germanium, les matériaux semi-conducteurs les plus utilisés dans l’électronique.

Elle s’intéresse particulièrement aux matériaux pour l’électronique de spin -la spintronique-, une branche de l’électronique prenant en compte la manipulation du spin de l’électron, en plus de sa charge électrique (Figure 3).

Parmi ces matériaux, l’étude des boites quantiques de GeMn et l’alliage ferromagnétique à température ambiante Mn5Ge3 figurent en tête des sujets d’étude de l’équipe.

Notre groupe s’applique à maîtriser :

  • l’élaboration et la croissance des matériaux, principalement par MBE (épitaxie par jet moléculaire) : modes de croissance épitaxiale, état des contraintes dans les films, etc.
  • les propriétés physiques des hétérostructures ainsi synthétisées : propriétés magnétiques, propriétés électriques…

Le but de cette démarche est de faire le lien entre nature et qualité du ou des processus d’élaboration et évolution des grandeurs physiques mesurées.

Les techniques de caractérisation principalement utilisées sont le RHEED (suivi in situ des dépôts sous vide), l’XRD, TEM, AFM, SQUID, VSM, etc (Figures 4-6).

 

Matériaux 2D 6
Figure 3: Spintronics
Matériaux 2D 5
Figure 4: Film mince de Mn5Ge3 en épitaxie sur un substrat de Ge(111) / Mn5Ge3 thin film grown epitaxially on Ge(111) substrate.
Matériaux 2D 4
Figure 5: croissance par marche des films minces de Mn5Ge3 / step flow growth mode of the Mn5Ge3 thin films.
Matériaux 2D 3
Figure 6: Domaines magnétiques d'un films de Mn5Ge3C0.7 / Magnetic domain of a Mn5Ge3C0.7 film.

Responsable

Enseignants-chercheurs

Post-doctorants

Doctorants

Facilities

Service commun « STM température variable »

Système ultra-vide (UHV) avec :

  • une chambre de préparation
  • une chambre de croissance
  • une chambre caractérisation LEED
  • une chambre de STM à température variable

Equipement ultra-vide pour des applications en spintronique

Matériaux 2D
Figure 7: Enceintes MBE connectées entre elles via un tube de transfert sous vide. Les enceintes sont équipées de cellules de Ge, Si, Mn, GaP, Sb, Au, C. / MBE chambers connected with UHV pipe, equipped with evaporation cells of Ge, Si, Mn, GaP, Sb, Au, C.

Système de croissance sous ultra-vide (UHV), dédié aux hétérostructures à base de Si/Ge pour des applications en spintronique (figure 7).

L’installation est composée de :

  • une chambre d’introduction équipée d’un carrousel de stockage
  • deux chambres MBE de croissance
  • un tube de transfert sous UHV connectant les 3 chambres sus-mentionnées

La taille maximale des échantillons est de 5 cm / 2” en diamètre

Les portes échantillons chauffant peuvent monter jusqu’à des températures de 1100°C.

 

Les cellules d’évaporations suivantes sont installées à demeure dans les chambres :

  • cellules Knudsen : Ge, Mn, Sb, Au
  • cellules dites de dopage : Si, C, GaP (P) (SUSI-D, SUKO-D et DECO-D, MBE-Komponenten)

Les processus de croissance peuvent être caractérisés in situ par :

  • microbalance à quartz
  • RHEED (Reflection high-energy electron diffraction)
  • AES (Auger electrons spectroscopy)

Collaborations

National

  • IM2NP, Marseille, France
  • CEA Orsay, France
  • SPINTEC, Grenoble
  • Institut Néel, Grenoble
  • Institut Pascal, Clermont-Ferrand
  • C2N, Paris

International

  • IFPAN, Varsovie, Pologne
  • NIMS, Tsukuba, Japon
  • AIST, Tsukuba, Japon
  • Université de Stuttgart, Stuttgart, Allemagne
  • Université de Manchester, UK