Epitaxial growth of functional oxides on silicon and characterization of perovskite thin film oxides

• Auteur / Autrice : Alexandre Guiller
• Direction : André Perrin, Jean Fompeyrine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière (Rennes1996-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Isolants Mott

Transitions métal-isolant

Couches diélectriques

MOS (électronique)

Épitaxie par faisceaux moléculaires

Pérovskite

Résumé

Deux approches complémentaires pour répondre aux problèmes liés à la miniaturisation des circuits intégrés ont été étudiées. La première se rapporte aux diélectriques ''high-κ'' comme oxydes de grille : des couches de titanate de strontium ont été déposées sur silicium par épitaxie par jets moléculaire, faisant intervenir une barrière sacrificielle de strontium puis une couche d'accord de maille. Les films, épitaxiés, sont très haute qualité cristalline et l'interface avec le silicium est particulièrement abrupte, avec une couche interfaciale de l'ordre de 0,5 nm seulement. Ces films permettent la reprise d'épitaxie d'autres oxydes fonctionnels, par exemple ferro-électriques. La deuxième approche se base sur l’utilisation de la transition isolant-métal de Mott. Une étude détaillée de la croissance et des propriétés a été menée pour le titanate de lanthane. La stœchiométrie en oxygène a été ajustée par une substitution de l'hafnium au titane, permettant de compenser les faibles dérives de la valence du titane, liées à une insertion d'oxygène additionnel.

Two complementary approaches to address the issues related to integrated circuits miniaturization were explored. The first one relates to high-κ materials as gate oxide: films of strontium titanate were grown on silicon by molecular beam epitaxy, using the stacking of a sacrificial Srontium barrier and a buffer layer. These strontium titanate films are of high crystalline quality and show very sharp interface with Silicon, the interfacial layer being only 5 Å thick. This template layer was very efficient for the epitaxial regrowth of other functional oxides, as exemplified in the case of the ferroelectrics. The second approach refers to the use of the Mott metal-insulator transition. A detailed study was carried out in the example of lanthanum titanate, a model material. The effect of growth parameters on the metal-insulator transition was examined in detail. The oxygen constant by substituting a fraction of Titanium by Hafnium: indeed, this doping successfully compensates the small drift in Ti valence related to a small additional oxygen excess.