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Contribution à la croissance par épitaxie par jets moléculaires d’hétérostructures antimoniées pour des applications électroniques haute fréquence et faible consommation

/ Desplanque Ludovic / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 19-01-2017
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Après plus de dix années de recherche à l’Institut d’Electronique de Microélectronique et de Nanotechnologies (IEMN) en tant que Maître de Conférences de l’Université de Lille 1, ce mémoire retrace les travaux que j’ai pu mener sur l’épitaxie par jets moléculaires d’hétérostructures à base d’antimoine pour des applications électroniques destinées soit à la montée en fréquence des composants soit à la réduction de leur consommation énergétique. Les matériaux antimoniés étant fortement désadaptés en maille par rapport aux substrats standards de l’électronique que sont GaAs ou Silicium, une grande partie de mon travail a consisté à étudier les mécanismes de relaxation de contrainte aux hétéro-interfaces fortement désadaptées en maille comme par exemple les systèmes GaSb/GaAs ou GaSb/GaP. J’ai notamment étudié comment les conditions de croissance permettaient d’influencer la formation de dislocations d’interfaces auto-organisées et capables d’accommoder le désaccord de maille en limitant la densité de défauts émergents dans la structure active. Ces travaux ont permis d’améliorer significativement les performances des hétérostructures à haute mobilité électronique à base d’InAs que ce soit sur substrat de GaAs, de GaP ou même de silicium grâce à différentes collaborations nationales ou internationales. L’autre volet de ces travaux concerne l’optimisation des structures actives dans les filières AlGaSb/InAs ou AlIn(As)Sb/GaInSb destinées à la réalisation de composants hyperfréquences tels que des transistors à haute mobilité électronique (HEMT), de diodes de détection haute fréquence de type SSD (« self-switching diodes ») ou de transistors bipolaires à hétérojonctions grâce à des collaborations interne à l’IEMN ou internationale avec l’Université de Chalmers en Suède. Depuis quelques années, l’intérêt des matériaux III-V pour l’électronique s’est élargi aux applications numériques faible consommation. Dans ce cadre, les matériaux à faible masse effective tels qu’InAs pour les électrons ou Ga(In)Sb pour les trous sont des matériaux de choix pour l’élaboration de MOSFET à grille ultra-courte fonctionnant sous faible tension de polarisation. La variété des alignements de bandes des hétérostructures antimoniées offre également des perspectives intéressantes pour la réalisation de transistors à effet tunnel présentant un courant important dans l’état ON. Dans ce contexte, mon travail et mes projets de recherche actuels sont orientés vers le développement de la croissance sélective de ces matériaux par épitaxie par jets moléculaires de manière à répondre à un certain nombre de défis technologiques tels que la réduction des résistances de contacts source-drain mais également la co-intégration sur silicium de ces hétérostructures.

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