Thèse soutenue

Dispositifs optoélectroniques avec des teneurs en In et Ga réduites
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Auteur / Autrice : Pauline Hauchecorne
Direction : Thierry BaronBérangère Hyot
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Nanoélectronique et nanotechnologie
Date : Soutenance le 31/05/2022
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des technologies de la microélectronique (Grenoble)
Jury : Président / Présidente : Ahmad Bsiesy
Examinateurs / Examinatrices : Guilhem Larrieu
Rapporteurs / Rapporteuses : Xavier Wallart, Maria Tchernycheva

Résumé

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Les objets connectés font aujourd’hui partie intégrante de nos quotidiens. Regroupés sous l’appellation internet des objets ou « Internet of Things : IoT », ces dispositifs connaissent un développement exponentiel. Afin de répondre aux demandes de performances, de plus en plus de fonctionnalités sont intégrées au sein d’un même composant, avec pour objectif de développer des objets transportables, compacts et peu coûteux. Tout ceci a pour conséquence de faire peser une pression importante sur les chaînes d’approvisionnement de matières premières. De plus en plus d’éléments sont considérés comme critiques et parmi eux on retrouve notamment le gallium, l’indium et le phosphore. Ces éléments sont particulièrement utilisés en optoélectroniques sous forme de semi-conducteurs III-V, utilisés entre autre pour le développement de sources laser, d’imageurs, de photodétecteurs ou encore de LEDs, qui sont intégrés dans les dispositifs de l’IoT. Il est donc essentiel de sécuriser les chaines d’approvisionnement de ces matériaux. Une solution envisagée consiste à réduire considérablement la consommation de ces éléments. Pour cela, les matériaux 2D peuvent être de bons candidats puisqu’ils présentent des propriétés très intéressantes s’exprimant pour des épaisseurs de l’ordre du nanomètre. Cependant, de nombreux challenges existent quant au développement de ces matériaux à grande échelle. En effet, il existe un manque important de technique d’élaboration sur grandes surfaces de couches de bonne qualité cristalline, ainsi que de techniques d’intégration compatibles avec les plateformes CMOS.Dans ce travail de thèse, la synthèse et l’intégration de semi-conducteurs III-VI sur de grandes surfaces ont été étudiés, pour des applications de photodétecteur. La croissance a été réalisée au sein d’un bâti MOCVD industriel et deux types de structures ont été développées : des films minces de GaSe et d’InSe, élaborés sur substrats 200 mm de silicium et des nanorubans de GaSe synthétisés sur substrat 300 mm de silicium. Plusieurs voies d’intégration ont été étudiées afin d’évaluer les techniques compatibles avec ces matériaux. Les différentes briques technologiques, permettant le développement de l’intégration des différentes structures, ont ainsi pu être déterminées. Des démonstrateurs ont été élaborés et caractérisés afin d’évaluer le potentiel de ces matériaux pour des applications optoélectroniques. Une part de ce travail a été dédiée à l’étude de la criticité des éléments gallium et indium, ainsi qu’à la vulnérabilité des chaînes d’approvisionnement.