Soutenance de thèse
Titre : Croissance et ferroélectricité du GeTe sur Si(111)
Langue : française
Membres du Jury :
Antoine Barbier (CEA) : Rapporteur
Alain Marty (CEA) : Rapporteur
Salia Cherifi-Hertel (IPCMS) : Examinatrice
Yannick Fagot-Revurat (IJL) : Examinateur
Vincent Garcia (CNRS-Thalès) : Examinateur
Olivier Thomas (IM2NP) : Examinateur
Fabien Cheynis (CINaM) : Co-directeur de thèse
Frédéric Leroy (CINaM) : Directeur de thèse
Résumé :
L’effet Rashba géant mesuré récemment dans GeTe a montré le potentiel pour la spintronique des matériaux ferroélectriques avec un fort couplage spin-orbite. Dans la perspective de contrôler électriquement la polarisation électrique du matériau et donc la structure en spin des bandes de valence et conduction il est essentiel de caractériser la structure des domaines ferroélectriques ainsi que leur organisation spatiale. Dans cette thèse nous avons réalisé la croissance de films minces de GeTe sur Si(111)-Sb par épitaxie par jet moléculaire dans une large gamme d’épaisseur. À 270°C, nous observons une croissance couche-par-couche et une relation d’épitaxie principale GeTe(111) ∥Si(111) et GeTe[110] ∥Si[110]. La croissance des films minces de GeTe montre qu’initialement environ 40% des grains sont tournés de 180° dans le plan. Cette proportion diminue rapidement et atteint environ 4% pour une épaisseur de 200 nm. En outre des nanodomaines ferroélastiques apparaissent dont la fraction volumique ainsi que la taille peuvent être contrôlées en ajustant finement l’épaisseur et la température de dépôt. Ces domaines ont une forme d’aiguille allongée dans la direction <110>. Leur maille est identique à celle du domaine principal (rhomboédrique avec ar = 4.29 ̊A et θ = 58.3°). L’axe [111] de leur maille et leur polarisation électrique sont inclinés d’environ 72° par rapport à l’axe [111] du domaine principal. Tandis que le domaine majoritaire a une terminaison atomique en surface pure tellure, Te (1 × 1), nous mettons en évidence par microscopie à effet tunnel à la surface des domaines ferroélastiques trois structures surfaciques différentes, dont une terminaison pure germanium associée à une reconstruction (2×2), une structure en rangées manquante de Te et une structure plus complexe en écaille qui est la plus stable. Les mesures in situ par microscopie à électrons lents et diffraction des rayons X pendant des cycles thermiques montrent l’apparition et la disparition des nanodomaines ferroélectriques à une température voisine de 220°C. En analysant de façon détaillée l’interface GeTe/Si par microscopie électronique en transmission, nous démontrons que les dislocations de désaccord paramétrique localisées à l’interface formées pendant la croissance jouent un rôle clé dans la stabilité des nanodomaines ferroélectriques. Finalement, nous avons caractérisé la structure de bande électronique des domaines majoritaires de GeTe et mesuré une constante Rashba αr = 4.9 eV. ̊A qui diminue avec l’épaisseur des couches minces. De premières mesures par spectroscopie d’émission de photo-électrons résolues angulairement en dichroïsme circulaire ont permis de caractériser la courbure de Berry des films minces de GeTe.