Intégration et auto-assemblage d’oxyde de zinc sur silicium pour la dosimétrie

Integration and auto assembly of zinc oxyde on silicon for dosimetry

• Auteur / Autrice : Samir Bouisri
• Direction : Jérôme Boch
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 26/07/2021
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'électronique et des systèmes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : David Muñoz-Rojas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Boch, David Muñoz-Rojas, Marti GICH, Cathy Guasch, Adrián Carretero-Genevrier, Philippe Girones
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David Muñoz-Rojas, Marti GICH

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxyde de zinc

Dosimétrie

Épitaxie

Mots clés libres

ZnO

Épitaxie

Dosimétrie

ZnO

Epitaxy

Dosimetry

Résumé

De nos jours, la diminution en taille des composants a fait rentrer le domaine de la micro-optoélectronique dans une nouvelle ère qui dépasse le cadre de la loi de Moore, qui prédit une croissance exponentielle du nombre de composants sur une puce électronique dans le temps. En effet, la miniaturisation des composants, qui a permis cette densification et ainsi l'augmentation du rapport performance sur coût de production des dispositifs, se heurte à des limites physiques où des effets quantiques apparaissent. Il devient donc capital, soit de s'affranchir de ces limites, soit de se diversifier à travers l'emploi de composants alternatifs. C'est dans ce second cadre, et afin de satisfaire les demandes technologiques de la société, que la diversification des fonctions des composants et leur intégration monolithique sur les plateformes de silicium, utilisées par l'industrie électronique, est devenue un enjeu majeur de cette nouvelle ère du "More than Moore". C'est fort de cette nécessité et dans ce contexte de diversification, que les oxydes fonctionnels occupent aujourd'hui une place de premier plan dans le domaine de l'innovation technologique. En effet, de par leur large spectre de propriétés physiques et chimiques, ces derniers trouvent leur place dans de nombreuses applications faisant de leur préparation un défi important dans le développement de matériaux. Nous avons montré, dans cette thèse, que nous étions capables de contrôler la croissance des microfils de ZnO en influant sur les paramètres de synthèse du quartz  et ainsi sur le degré de mosaïcité de la couche tampon. Ce qui nous a permis de réaliser, pour la première fois, l’hétéroépitaxie et l'auto-assemblage de microfils de ZnO(110) sur substrat de Si(100) en utilisant une couche de quartz alpha(100) comme couche tampon. Cette orientation unique, qui permet de tirer parti de l’exposition des plans apolaires du ZnO, laisse entrevoir plusieurs applications parmi lesquelles figurent la dosimétrie, le guidage d’ondes optiques, la catalyse et la récupération d’énergie.

Nowadays, the decrease in component size has brought the field of micro-optoelectronics into a new era that goes beyond Moore's law, which predicts an exponential growth in the number of components on an electronic chip over time. Indeed, the miniaturization of components, which has allowed this densification and thus the increase of the ratio of performance to production cost of the devices, comes up against physical limits where quantum effects appear. It is therefore becoming essential to either free oneself from these limits, or to diversify through the use of alternative components. It is within this second framework, and in order to satisfy the technological demands of society, that the diversification of the functions of components and their monolithic integration on silicon platforms, used by the electronics industry, has become a major issue of this new "More than Moore" era.It is because of this necessity and in this context of diversification that functional oxides occupy today a leading position in the field of technological innovation. Indeed, due to their wide range of physical and chemical properties, they find their place in many applications making their preparation an important challenge in the development of materials.In this thesis, we have shown that we were able to control the growth of ZnO microwires by influencing the synthesis parameters of the quartz and thus the degree of mosaicity of the buffer layer. This allowed us to achieve, for the first time, heteroepitaxy and self-assembly of (110)ZnO microwires on (100)Si substrate using a (100)alpha quartz layer as a buffer layer. This unique orientation, which takes advantage of the exposure of the apolar planes of ZnO, suggests several applications including dosimetry, optical waveguiding, catalysis and energy harvesting.