Auto-organisation de boites quantiques de Ge sur des substrats nanostructurés

Self-organization of Ge quantum dots on patterned substrates

• Auteur / Autrice : Alim Karmous
• Direction : Isabelle Berbezier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et sciences de la matière
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Silicium

Germanium

Matériaux nanostructurés

Bombardement ionique

Épitaxie par faisceaux moléculaires

Résumé

Le but de ce travail est l’auto-organisation des boites quantiques (BQ) de Ge sur des substrats de Si(001) nanostructurés afin de réaliser des mémoires à nanocristaux de Ge. La croissance du Ge est effectuée par épitaxie par jets moléculaires et la nanostructuration des substrats par faisceau d’ions focalisés. Nous avons développé deux procédés d’auto-organisation l’un sur Si l’autre sur SiO2/Si qui permettent d’obtenir des réseaux parfaitement ordonnés et très denses (>1011cm-2) de BQ nanométrique (15nm). Les procédés s’appuient sur des mécanismes de germination préférentielle. Sur Si(001) les BQ germent dans les trous à basse température de par l’inhomogénéité de la barrière de diffusion et aux bords des trous à haute température de par la relaxation de l’énergie élastique. Sur SiO2/Si(001) les BQ se forment dans les trous pour minimiser l’énergie de surface du système. Un procédé de fabrication des mémoires à nanocristaux a été proposé et des mémoires ont été fabriquées avec succès.

The aim of this work is the self-organization of Ge quantum dots (QD) on Si (001) patterned substrates in order to fabricate Ge nanocrystal memories. Ge growth was performed by Molecular Beam Epitaxy and substrates were patterned by Focused Ion Beam. We have developed two self-organization processes, one on Si (001) and the other on SiO2/Si(001). Both allow the formation of perfectly ordered and highly dense networks (>1011cm-2) of QD with nanometric size (15nm). The processes rely on preferential nucleation mechanisms. On Si (001), nanocrystal nucleation occurs inside the holes at low temperature due to kinetic barriers inhomogeneity and at the edges of the holes at high temperature in order to relieve a maximum of elastic energy. On SiO2/Si(001), nanocrystals form inside the holes in order to minimize the surface energy of the system. Finally, a flow chart of nanocrystal memory fabrication was proposed and memories were successfully fabricated.