Heteroepitaxie du diamant sur iridium

Diamond heteroepitaxy on iridium

• Auteur / Autrice : Anthony Chavanne
• Direction : Jean-Charles Arnault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Versailles-St Quentin en Yvelines

Mots clés

Mots clés contrôlés

Iridium

Dépôt chimique en phase vapeur

Épitaxie

Diamant -- Couches minces

Résumé

L’objectif principal de ce travail de thèse concerne la réalisation de films de diamant mosaïque épitaxié sur iridium en mettant en œuvre la nucléation assistée par polarisation. Ce travail s’est donc concentré sur trois axes: (i) Le développement de conditions conduisant à l’hétéroépitaxie du diamant sur l’iridium à partir d'un porte-échantillon spécifique. Deux modes de nucléation ont alors été obtenus, le premier par cristaux isolés, le deuxième par formation de domaines. Ce deuxième mode de nucléation spécifique à l’iridium se différencie par une croissance de diamant non observable par les méthodes conventionnelles au cours de l’étape de nucléation et un taux d’épitaxie des cristaux proche de 100%. (ii) L'étude des mécanismes impliqués dans la formation de l'interface diamant / iridium par une approche séquentielle sous ultra-vide en utilisant des techniques de spectroscopies électroniques (XPS et Auger). Celles-ci ont permis de mettre en évidence la solubilisation du carbone dans l’iridium, l’implantation du carbone dans les premiers nanomètres de l’iridium lors de la nucléation assistée par polarisation et la formation de diamant dès les premiers instants de la croissance. (iii) L'évaluation de la qualité des films de diamant mosaïque épais (≈100µm), réaliser avec un protocole de croissance spécifique se basant sur l’anisotropie des vitesses de croissance des faces (001) et (111). Les caractérisations des films de diamant mosaïque par diffraction des rayons X, par spectroscopie Raman et par cathodoluminescence ont montré que la nucléation par domaines permet d’obtenir des films de diamant mosaïque au niveau de l’état de l’art.

The main objective of this PhD work concerns the growth of epitaxial mosaic diamond films on iridium using bias enhanced nucleation. This work is focused on three axes: (i) Development of suitable conditions for diamond heteroepitaxy on iridium using a specific sample holder. Two nucleation modes were obtained, the first by isolated crystals, the second by domains formation. For the second one, specific to iridium, no observable growth of diamond by conventional method occurs during the nucleation step and the epitaxial rate is close to 100%. (ii) Mechanisms involved in the formation of diamond/iridium interface were studied by a sequential approach under ultra-high vacuum using electron spectroscopies (XPS and AES). From these surface characterizations, several mechanisms were identified: the carbon solubilization into iridium, the carbon implantation within the first iridium nanometers, the ionic bombardment effect during bias enhanced nucleation and diamond was detected after few minutes of growth. (iii) The evaluation of thick mosaic diamond films quality (≈100µm), obtained by a specific growth process based on the anisotropy of (001) (111) faces growth rates. The mosaic diamond film characterization by X-ray diffraction, Raman spectroscopy and cathodoluminescence showed that nucleation by domains formation leads to mosaic diamond films at the state of the art.