1 Etude de lhétérostructure InN/InP(100) par spectroscopies électroniques Christine ROBERT-GOUMET Pr. A. Dubus : Faculté des Sciences appliquées de Bruxelles

1

Etude de l’hétérostructure InN/InP(100) par spectroscopies électroniques

Christine ROBERT-GOUMET

Pr. A. Dubus : Faculté des Sciences appliquées de Bruxelles

Pr. G. Lelay :Université de Provence, MarseillePr. B. Gruzza : Université Blaise-Pascal, Clermont-FdDr. G. Gergely : Académie des Sciences de Hongrie,

BudapestPr. V. Matolin : Université Charles, PraguePr. L. Bideux : Université Blaise-Pascal, Clermont-Fd

L’EPES : méthode d’analyse de surfaces : expériences et modélisations

Habilitation à Diriger des Recherches

2

L’enseignement

Enseignante au département de Physique de l’UBP :

Activités d’enseignement :■ Ecole d’ingénieur Polytech’Clermont - 2ème année : Microscopies Electroniques- 3ème année : Spectroscopies Electroniques

■ M2R - Master mention STIC- Caractérisations avancées des solides■ M2P - Master Professionnel IUP GSI - Microscopies électroniques (MEB et MET)

■ M1- Master mention physique parcours matériaux - Microscopies électroniques - Diffraction des rayons X par les matériaux

■ L1-L3 - Licence Physique et Ingénieries et CP2I- Mécanique du point - Optique géométrique - Electrostatique, Electrocinétique- Mécanique des Fluides / des Vibrations- Chocs et Vibrations, Transferts thermiques

3

Responsabilités administratives :

2002 2003 2004 2006 2007 200820052001

Membre du conseil du département Vice-présidente et trésorière(2002-2006)

Commission des finances (UFR)

Conseil du départementCommission des études (UFR)

1998

Directrice des Etudes de Première Année (DEPA)

Coordinatrice de la Classe Préparatoire Intégrée CHIM.I.ST

Enseignante au département de Physique de l’UBP :

L’enseignement

4

Conseil de laboratoire (LASMEA)

Commission de spécialistes 28 (UBP)

Commission de spécialistes 28 (UBP) et 28-61-63 (UA)

Commission de spécialistes 28 (UBP) Assesseur

La recherche

2002 2003 2004 2006 2007 200820052001

Chercheur au LASMEA :

L’enseignement

1998

Responsabilités administratives :

5

Activités de recherche :

■ Développement des méthodes d’analyse par spectroscopies électroniques : EPES et MM-EPES

■ Elaboration de couches ultra-minces de nitrure d’indium sous ultra-vide. Caractérisations in-situ par spectroscopies électroniques (AES, EPES, XPS)

Chercheur au LASMEA :

La rechercheL’enseignement

6

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Soutenance Thèse

ATER 28ème

UBP

MCF 28ème

Radek KAPSA Matthieu PETIT

Sana Ben KHALIFA

Samir CHELDA

UBP

Recrutement

R. DJONDANG

N. DALLE

B. ZEFACK

P. IROCZ

S. ARABASZ ■ Mes encadrements de thèses :

■ Mes encadrements de stages :


7

Partie 1. Interactions élastiques des électrons avec la matière - Développement des méthodes d’analyse par spectroscopies

électroniques : EPES et MM-EPES.

l’ EPES : Méthode d’analyse de surfaces

Contexte de l’étude

Interprétation quantitative de nombreuses méthodes d'analyse : Paramètre fondamental : i

Obtention : • Utilisation de mesures optiques• Calculs théoriques• Utilisation du nombre d'électrons élastiques réfléchis par les matériaux

Suivi in-situ de la formation d’interfaces complexes : L’EPES : méthode adaptée – sensible à la surface des matériaux


8

Spectroscopie de rétrodiffusion

élastique des électronsEPES

Méthode expérimentale : mesure de l’intensité élastique e = Ie/Ip

Simulation Monte Carlo : description du cheminement des électrons élastiques dans la matière e(MC)

Comparaison expériences/simulations

Détermination du libre parcours moyen inélastique des électrons : i

Etude d’hétérostructures complexes

l’ EPES : Méthode d’analyse de surfacesLa rechercheL’enseignement

9

ATe N

1

Détermination des libres parcours des électrons

T : section différentielle totale de diffusion élastique

NA : densité des atomes/cm3

22 ln

ED

EC

EE

E

p

i

Nv : nombre d’électrons de valence

par atome ou moléculedensité volumiqueEg : gap du matériau

M : poids atomique ou moléculaire

Formule de TPP-2M2

2 S. Tanuma, C.J. Powell, D.R. Penn, Surf. Interf. Anal. 21 (1994) 165

Formule de Bauer1

1 E. Bauer, J. Vac. Sci. Technol. 7 (1970) 3

)ln(rl ee

)ln(rl ii Loi de Poisson

Simulation du parcours des électrons élastiques dans le matériau par méthode de Monte-Carlo.


10

Nature de l’interaction :

Parcours de l’électron stoppé • Interaction inélastique : li < le

• Interaction élastique : li > le Calcul des angles de diffusion ()

Détermination des angles de diffusion ( ):

: angle azimutal

: angle de diffusion élastique

Distribution statistique uniforme sur []

Loi dont la fonction densité de probabilité est f()


11

Repérage de l’électron : coordonnées de l’électron

Au début de la simulation : 0, , =0

A la nième collision élastique : r, n, n

nenn

nnenn

nnenn

lzz

lxy

lxx

cos

sinsin

cossin

1

1

1


Surface

Electrons primairesAnalyseur

y’

z’

x’

n-1

ln-1

ln

z z

out

12

Influence de la structure du matériau

Modèle AAA Modèle ABAB Modèle AAB

Dans la plupart des modèles développés dans la littérature : le solide = un milieu homogène semi-infini

Approche différente : Description du matériau couches par couches


13

Importance de l’acceptance de l’analyseur

N

NMC él

e )(Nél : nombre d’électrons réfléchis élastiquement et

rentrant dans l’analyseur

N : nombre total d’électrons ayant permis de réaliser la simulation (1 000 000 d’électrons)

Energie primaire des électrons incidents

- HSA tournant

- RFA

- CMA

: angle d’incidence des électrons primaires

out et out : angles d’émission des électrons élastiques

Différents types d’analyseurs :


Définition de la fenêtre de collection de chaque analyseur

14

Distribution angulaire :

Représentation 3D

Résultats de la simulation Monte-Carlo.

Al, = 30°

Al, = 60° Al, = 70°


Distribution dépend des angles d’incidence et

d’émission

15

0

20

40

60

80

100

13 28 29 31 42 47 49 79

1ère couche

2ème couche

3ème couche

E = 200 eV

Nom

bre

d'é

lect

rons

réf

léch

is é

last

ique

me

nt (

%)

Numéros atomiques

Provenance des électrons :

A 200 eVPrès de 98% des électrons

proviennent des 2 premières couches

0

20

40

60

80

100

13 28 29 31 42 47 49 79

1ère couche

2ème couche

3ème couche

E = 1000 eV

Nom

bre

d'é

lect

rons

réf

léch

is é

last

ique

me

nt (

%)

Numéros atomiques

A 1000 eV70-80% des électrons proviennent

des 3 premières couches

0

20

40

60

80

100

1 2 3 4 5 6 7 8

E = 200eVE = 1000 eV

Po

urc

enta

ge d

'éle

ctro

ns

réflé

chis

éla

stiq

ue

me

nt (

%)

Nombre de couches atteintes

Ag (Z=47)

Possibilité en faisant varier l’énergie primaire des électrons, de modifier la

profondeur atteinte : MM-EPES


16

1. Dépendance énergétique

Dépendances du coefficient de réflexion élastique :

Suivant les éléments Z : dépendance énergétique

différente

Détermination des différents éléments présents à la surface en choisissant

l’énergie adéquate.


0

2

4

6

8

0 400 800 1200 1600

Z=14 (Si)

Z=29 (Cu)

Z=49 (In)

Z=79 (Au)

Energie primaire (eV)

e(%)

0

2

4

6

8

0 400 800 1200 1600

Z=14 (Si)

Z=29 (Cu)

Z=49 (In)

Z=79 (Au)


e(%)

0

2

4

6

8

0 400 800 1200 1600

Z=14 (Si)

Z=29 (Cu)

Z=49 (In)

Z=79 (Au)


e(%)

0

2

4

6

8

0 400 800 1200 1600

Z=14 (Si)

Z=29 (Cu)

Z=49 (In)

Z=79 (Au)


e(%)

17

2. Dépendance angulaire (= 0°)

e dépend des angles d’émissiondonc des angles de collection de

l’analyseur utilisé.


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Au (Z=79)

coef

ficie

nt d

e re

flexi

on é

last

ique

(%

)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 20 40 60 80 100

Ag (Z=47)

Angle d'emission (degrés)

coef

ficie

nt d

e re

flexi

on é

last

ique

(%

)0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 20 40 60 80 100

coef

ficie

nt d

e re

flexi

on é

last

ique

(%

)


Cu (Z=29)Cu (Z=29)

Ag (Z=47)

Au (Z=79)

Dépendances du coefficient de réflexion élastique :

18

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

Simulation MC

A. Jablonski et al1

Angle d'émission (°)

Si (200 eV)e (%)

0

0,5

1

1,5

Simulation MC

A. Jablonski et al1

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

Si (200 eV)

Comparaison des résultats de notre simulation Monte-Carlo avec les résultats publiés par d’autres auteurs.

0°

40°


1A. Jablonski, K. Olejnik, J. Zemek, Electron spectros. Related. Phenom. 152 (2006) 100-106

1A. Dubus, A. Jablonski, S. Tougaard, Progress in Surface Science 63 (2000) 135-175

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 20 40 60 80 100

Dubus et alSimulation MC

coef

ficie

nt d

e re

flexi

on é

last

ique

(%

)


Cu (Z=29)

Bon accord entre ces différentes simulations

19

- semiconducteur III-V : InSb

- alliages binaires : AuxCuy

Détermination du libre parcours moyen inélastique i

L’EPES associe à une simulation Monte-Carlo :

méthode très adaptée pour la détermination du paramètre i.

Paramètre bien connu pour des éléments purs

Très peu de travaux publiés sur les composés binaires

Etudes dans le cadre d’un contrat européen COPERNICUS :

Mesures expérimentales obtenues dans 4 laboratoires

Configurations expérimentales différentes: Ep, , angles de

collections (out,out)


20

Semiconducteur III-V : InSb

Comparaison avec les résultats publiés par Tanuma et al1(TPP-2M), Kwei et al2 et Gries3 (G1)

1S. Tanuma, C.J. Powell, D.R. Penn, Surf. Interface Anal. l7 (1991) 927.2C.M. Kwei, L.W. Chen, Surf. Interface Anal. 11 (1988) 60.3W.H. Gries, Surf. Interface Anal. 24 (1996) 38.


Obtention du i par ajustement simulation/expérience

L’EPES : méthode adaptée pour ladétermination du i

indépendamment des conditions expérimentales

- Mesures relatives / Au + simulation d’A. Jablonski (RFA-P et DCMA)

- Mesures absolues + notre simulation Monte-Carlo (RFA-C)

21

Alliages binaires : AuxCuy

Détermination du i pour 3 alliages :- Au25Cu75

- Au50Cu50

- Au75Cu25

- Mesures relatives / Au + simulation d’A. Jablonski (RFA-P et DCMA)

Comparaison des résultats avec :- la formule TPP2-M1 - la formule de Gries2 A l’aide de l’EPES associé à une

simulation MC :détermination des i pour chaque alliage

1S. Tanuma, C.J. Powell, D.R. Penn, Surf. Interf. Anal. 21 (1994) 165.2W.H. Gries, Surf. Interface Anal. 24 (1996) 38.


- Mesures absolues + notre simulation Monte-Carlo (RFA-C)

Comparaison expériences/simulation :

22

Etude quantitative de l’EPES :

La méthode EPES : très sensible à la surface des matériaux

Détermination de la composition des différentes couches superficielles de la

surface

Voie plus appliquée : très peu de publications

Variation de l’énergie primaire des électrons

Modulation de la sensibilité à la surface

Etude des hétérostructures : Au/Al2O3/Si et Au/Al0/Al2O3/Si

Etude du système AlxGa1-xAs.


23

Etude d’un dépôt d’or sur une surface d’Al2O3 :

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

0 40 80 120 160temps d'évaporation (min)

Au

Al2O

3

re(%)

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

0 40 80 120 160temps d'évaporation (min)

Au

Al0

re(%)

Au/Al2O3 Au/Al0/Al2O3

Observation de 2 processus de condensation d’or sur des surfaces d’alumine différentes

24

Etude de l’hétérostructure Au/Al2O3/Si :


0

2

4

6

0 300 600 900 1200 1500

Au/Al2O

3/Si

AlumineOr


e(%)

0

25

50

75

100

1 2 3 4 5 6 7

500 eV

couches atteintes (MC)

0

25

50

75

100

1 2 3 4 5 6 7

700 eV


0

25

50

75

100

1 2 3 4 5 6 7


900 eV

Présence de 3 MC d’or pur à la surface

100 % : 3 couches 95 % : 3 couches5% : 4 et +

88% : 3 couches12% : 4 et +

25

0

2

4

6

0

2

4

6

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

0401040204030404

GaAsAlAs


e(%)

Etude d’un système AlxGa1-xAs

- Etude EPES de 4 échantillons ayant différentes concentrations en aluminium

e entre les deux valeurs extrêmes GaAs et AlAs

- Simulation Monte-Carlo : GaAs et d’AlAs.


26

Etude d’un système AlxGa1-xAs

EchantillonAlxGa1-xAs

Composition en Al(mesures EPES)

Composition en Al(mesures RHEED)

401 0.36 0.08 0.4

402 0.25 0.07 0.23

403 0.20 0.09 0.19

404 0.21 0.07 0.20

E

E

Al

Almoy j

EACAC

,1

),()(

- Interpolation linéaire entre les valeurs du GaAs et de l’AlAs

- Estimation de la concentration en Al de 4 échantillons pour chaque énergie

Bon accord entre les mesures MM-EPES et RHEED


27

Description de la rugosité de surface

Surface de référence

H

’

2l

N : normale à la surface de référence

N2 : normale à la pente de droite

N1 : normale à la pente de gauche

Très complexe à décrire à l’aide d’un formalisme mathématique

Facteur très difficile à contrôler expérimentalement

Code de simulation Monte Carlo : adapté à une surface Si possédant des créneaux (H,)

Effet de la rugosité de surface sur les mesures EPES


H = 6 m et =70°

28

Définition de l’ombrage direct et indirect


2l

Ombrage direct

Région 2 : Electrons détectables

Région 3 : Electrons non détectables

h

Analyseur HSA

L

Electrons primaires

Surface de référence

Région 1 :

Electrons non détectables

Ombrage indirect

out

Ombrage indirect

29

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

-100 -50 0 50 100

région 2 région 1

Angle de collection (°)

E=200 eV

e (

%)

région 3

0°

0

0.5

1

1.5

2

-100 -50 0 50 100

E=200 eV

40°

région 3 région 2 région 1

e (

%)


Effet de l’ombrage direct et indirect

Effet d’ombrage

L’effet d’ombrage augmente avec l’angle d’incidence


e : surface rugueuse sans ombragee : surface rugueuse avec ombrage

30

0

1

2

3

4

5

-100 -50 0 50 100


I E(u

.a.)

0

1

2

3

4

5

-100 -50 0 50 100

I E(u

.a.)


0

1

2

3

4

5

-100 -50 0 50 100


I E(u

.a.)

0

1

2

3

4

5

-100 -50 0 50 100


I E(u

.a.)

0

1

2

3

4

5

-100 -50 0 50 100


I E(u

.a.)

E= 200 eV

0

1

2

3

4

5

-100 -50 0 50 100


I E(u

.a.)

0

1

2

3

4

5

-100 -50 0 50 100


I E(u

.a.)

0

1

2

3

4

5

-100 -50 0 50 100


I E(u

.a.)

0

1

2

3

4

5

-100 -50 0 50 100


I E(u

.a.)

0

1

2

3

4

5

-100 -50 0 50 100


I E(u

.a.)

E= 500 eV

Simulation MC d’une surface plane

Simulation MC d’une surface rugueuse

Points expérimentaux publiés1 pour une surface rugueuse

1A. Jablonski, K. Olejnik, J. Zemek, Electron spectros. Related. Phenom. 152 (2006) 100-106


Pour une surface rugueuse: simulations et expériences en bon accord

0°20°40°60°80°

Augmentation de l’écart entre les 2 types de surface avec l’angle d’incidence des électrons

31

Conclusions et perspectives sur l’EPES

Les valeurs de e dépendent : de l’énergie primaire des électrons des angles d’incidence et de collection de l’analyseur de l’état de la surface : la rugosité


L’EPES : Méthode : - sensible à la surface des matériaux

- complémentaire aux autres spectroscopies Méthode adaptée pour la détermination :

- du libre parcours moyen inélastique i

- des différentes couches superficielles de la surface

Présentation des premiers résultats sur une surface rugueuse : Etendre l’étude à d’autres matériaux, à d’autres types de rugosités

Prise en compte des excitations de surface ou plasmons de surface : nouveau code de simulation (thèse en cours)

32

Contexte de l’étude :

Expertise « III-V » de l’équipe :

surface de l’InP(100), passivation par Sb :InSb/InP

Partie 2. Elaboration de couches ultra-minces de nitrure d’indium sous ultra-vide et caractérisation in-situ par

spectroscopies électroniques (AES, EPES, XPS)

Couches minces d’InN

Les nitrures d’éléments III (GaN, InN): Domaines d’applications En optoélectronique : lasers UV et bleus En électronique : applications à haute température et à haute puissance

La nitruration de la surface InP(100) : Amélioration de la qualité de l’interface (couche tampon) Fabrication de films minces d’InN sur InP

l’ EPES : Méthode d’analyseLa rechercheL’enseignement

33

Collaboration avec l’université Charles de Prague :

Conception et réalisation d’une source d’azote à décharge haute tension

Deux runs au synchrotron ELLETRA de Trieste (Italie)

Material Science Beamline (MSB)

HT (+2 kV)

Enceinteultra-vide

Bride CF40

Tube en quartz

Cylindre d’inox porté à une haute

tensionN2

Dissociation de la molécule d’azote :

N2 N2+, N+, N, N2

HT

N, N+

N2+, N2

Couches minces d’InNl’ EPES : Méthode d’analyseLa rechercheL’enseignement

34

Ar+

P

In

Ar+

P

Ar+

P

In

25%

4 MC

25%

4 MC

h=4MC, =25%

Cristallites d’indium métallique de taille nanométrique

Etape 1 : Création d’îlots d’indium métallique


Après bombardement ionique de la surface InP(100)

Rôle de précurseurs pour la nitruration

35

environnements chimiques des atomes d’indium

environnements chimiques des atomes de phosphore

25%

4 MC

4

4

3

3

2

2

1

1

5

5

6

6


IniI

2

5

21 125.0

175.0

IniI 32 25.0

IniI 23 25.025.0

IniI 25.04

Calculs des intensités théoriques du signal des atomes d’indium :

Suivi par spectroscopie SR-XPS :

Rapport :3 4

1

I I

I

36

3

181920

environnement 3 (In-In volume)

1617

environnement 4 (In-In surface)

environnement 1 (In-P volume)

inte

nsité

(C

ps)

énergie de liaison (eV)

h=50 eV 1

4

6

127128129130131

environnement 6 (P-In volume)environnement 5 (P-In surface)


inte

nsité

(u.

a.)

h =190 eV

5

Cohérence entre théorie et expériences : Validation des paramètres de décomposition et de

la description des différents environnements

Rapport :3 4

1

I I

I

R(théorie)= 0,85

R(Expér.) = 0,84


In4dP2p

Suivi par spectroscopie SR-XPS :

37

Étape 2 : Réalisation de 2 couches d’InN/InP(100)


Etape 1 : Après

bombardementionique

Etape 2 :1ère nitruration

Etude en fonction de :

L’angle du flux d’azote / à la surface

Temps de nitruration

T=250°C

38

Suivi par spectroscopie Auger

70 80 90 100 110 120 130

0

0.1

0.2

0.3

0.4

N(E

) (u

.a.)

Energie cinétique (eV)

40min

P-In

P-N

Les contributions P-In et P-N

avant nitruration :

3 gaussiennes : correspondants aux liaisons P-In (triplet Auger du P)

après nitruration :

6 gaussiennes : 3 pour les P-In et 3 pour les P-N.

70 80 90 100 110 120 130 140

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

N(E

) (u

.a.)

énergie cinétique (eV)

A

B

C

R=0,99

P-In


39

phosphoreduAugerpicdutotaleAire

InPliaisonsauxrelativessgaussiennedesSurfaceR PInP

/

phosphoreduAugerpicdutotaleAire

NPliaisonsauxrelativessgaussiennedesSurfaceR PNP

/

Proportion des liaisons P-In et P-N dans la totalité du pic Auger du phosphore



0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 10 20 30 40 50 60 70

RP-In/P

RP-N/P

Flux normal

R=0.5

Temps de nitruration (min)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 10 20 30 40 50 60 70

R=0.5

Flux rasant

RP-N/P

RP-In/P


Flux rasant

40 min

40 min

40

InPliaisonsauxrelativessgaussiennedesSurface

NPliaisonsauxrelativessgaussiennedesSurfaceR InPNP /

Proportion des liaisons P-N formées par rapport aux liaisons P-In



0

0.5

1

1.5

2

0 10 20 30 40 50 60 70

rapp

ort (

u.a.

)


Flux rasant

Flux normal

R=1.2

Moins de liaisons P-N formées sous un flux rasant

40 min

41


0

0,004

0,008

0,012

0,016

0,02

340 360 380 400 420 440

N(E

) (u

.a.)


Après Ar+

1ère nitruration

Transitions Auger de l’indium et de l’azote

Apparition du pic Auger de l’azote

Décalage en énergie du pic Auger de l’indium

Au cours de la nitruration :


42


-4

-3,5

-3

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0 10 20 30 40 50 60 70

rasantnormal


Déc

alag

e A

uger

(eV

)

In InP N

Décalage de la pic Auger de l’indium


Différence d’électronégativité des espèces présentes

Variations différentes suivant l’angle du flux

40 min sous flux rasant

Processus optimal de nitruration :

43


Atomes de phosphore

Atomes d’indium

Atomes d’azote

7 8

9

Nouveaux environnements chimiques des atomes d’indium

Nouvel environnement chimique des atomes de phosphore

Suivi par spectroscopie SR-XPS

44

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5h (nombre de monocouches)

40min

20min60min

I/I'

■ Intensité théorique du signal provenant des atomes d’indium des couches de nitrure :

1617181920

InP(volume)InN(volume)InN(surface)InIn(volume)

inte

nsité

(u

.a.)

énergie de liaison (eV)128130132134

inte

nsité

(u

.a.)


niveau de cœur In4d



niveau de cœur P2p

h=50 eVh=190 eV

P-N

P-In

■ Intensité théorique du signal provenant des atomes d’indium du substrat d’InP :

h 1

In2I i

1

In1h iα...α10.5I'

I/I’= 0.6 2 couches d’InN/InP(100)

45

■ Le processus de nitruration dépend fortement :

- du temps d’exposition au flux d’azote

- de l’angle d’incidence du flux/ surface

Epaississement des couches de nitrure : création de 4 couches d’InN/InP(100)

■ Efficacité du processus maximale : 40 minutes à angle rasant


Passivation thermique : étude du recuit des couches

nitrurées

46

Etape 1 : Après

bombardementionique

Etape 2 :1ère nitruration

(40 min)

Etape 3 : Après dépôt

d’In

Etape 4 :2ème nitruration

(40 min)

Etapes de la nitruration

Etapes 3 et 4 : Réalisation de 4 couches d’InN/InP(100)


47


340 360 380 400 420 440

N(E

) (u

.a.)


Après Ar+

1ère nitruration

Après dépôt d'In

2ème nitruration

Transitions Auger de l’indium et de l’azote


-4

-3,5

-3

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

1 2 3 4

Déc

alag

e A

uger

(eV

)

Etapes du processus de nitruration

Ilots d'In

2InN

Dépôt d'In

4InN

Valeurs permettant de suivre les différentes étapes du processus de nitruration

48


0

0.5

1

1.5

2

1 2 3 4


R=1.2


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1 2 3 4


R=0.5

RP-N/P

RP-In/P

Comparaison expérience/modélisationCréation de 4 couches d’InN/InP(100)

Evolution des rapports expérimentaux RP-N/P-In et RP-N/P, RP-In/P

RP-N/P-In

49


1617181920

InP nitruré + chaufféInP nitruré

0

2 104

4 104

6 104

8 104

1 105

1,2 105

Inte

nsité

(u.

a.)

Energie de liaison (eV)

In4d

Etude du recuit des structures InN/InP(100) :

Pas dévolution significative du pic In4d entre nitruré et nitruré

recuit

Recuit T = 450 °C

(Température de congruence de l’InP : 380°C)


1617181920

InP nitruré

0

2 104

4 104

6 104

8 104

1 105

1,2 105

Inte

nsité

(u.

a.)


In4d

Passivation thermique de la surface

50

3 nouvelles structures après la nitruration : 3,5 eV – 5 eV et 9 eV

Suivi par spectroscopie SR-UPS

-202468101214

100

200

300

400

500

600

700

800

43 eV

45 eV

47 eV

50 eV

53 eV

57 eV

61 eV

66 eV

72 eV

77 eV5eV9 eV


InP(100) nitruré

Pas de changements significatifs de la BV en fonction de l’énergie du faisceau

Structures plus marquées après le recuit

Arrangement ou cristallisation des couches nitrurées sous l’influence du

chauffage


-202468101214Energie de liaison (eV)

9 eV

5 eV

6 eV 2 eV10.3 eV

3.5 eV

Inte

nsité

(u.

a.)

h = 43 eV

InP bombardé

InN/InP

InN/InP recuit

51

1x4

2x4

Suivi par diffraction d’électrons lents (LEED) :

Structure (4x2) : déjà observée sur une surface d’InP(100) riche indium

Structure principale (4x1) : attribuée aux couches d’InN formées sur la

surface d’InP(100).

Epaisseur de l’InN très faible. Couche contrainte par le substrat

InP(100).


52

Détermination de l’offset de bandes à l’interface InN/InP(100) :

Mesure de la discontinuité de la bande de valence Ev à l’interface

InN/InP par SR-XPS:

)( 44InNVBM

InNdIn

InPVBM

InPdInCLv EEEEEE


eVEv 09.1

Calculs utiles pour interpréter les

mesures électriques I(V) et C(V)

53

Méthode originale de nitruration de surfaces InP(100)

Epaississement des couches de nitrures

Recuit à 450°C des couches de nitrures : Passivation thermique de la surface

Les spectroscopies d’électrons + modèles théoriques :

compréhension des phénomènes de surface.

Conclusions sur l’élaboration de couches minces d’InN/InP(100)


54

Perspectives : Réalisation de nano-pores organisés sur InP(100)


Masque AAO

100 nm

100 nm

Nanopores InP(100)

Réalisation de masques d’alumine AAO

Suivi par MEB

Suivi par spectroscopie électronique XPS

Perspectives

55

125130135

Inte

nsi

té (

u.a

.)

P2p

P-In

P-oxyde

Energie de liaison (eV)125130135

P2p


P-In

Inte

nsi

té (

u.a

.)


115120125130135140145150

P2p

Al2s

Al ??

Inte

nsité

(u

.a.)


Premiers résultats obtenus en XPS : Suivi du pic P2p

Perspectives

56141618202224

In4d

t = 2h Ar+

Inte

nsité

(u

.a.)


In-P

In-In


141618202224


In4d

In-P

In-oxyde

Inte

nsité

(u.

a.)

141618202224

In4d

In-In

In-P

Inte

nsité

(u

.a.)


Perspectives

Premiers résultats obtenus en XPS : Suivi et décomposition du pic In4d

57

Couches minces d’InNl’ EPES : Méthode d’analyseLa rechercheL’enseignement Perspectives

Les masques AAO permettent de réaliser : des trous de tailles nanométriques ayant une configuration contrôlée

Étude plus poussée en faisant varier : l’énergie des ions le temps de bombardement le diamètre des pores

Premiers résultats très prometteurs permettant d’envisager : la croissance de piliers d’InN sur InP(100) la réalisation de boites enfouies d’InN

Modélisations à développer – Expérience XPS

58

Synthèse des travaux

Travaux écrits:

■ 5 Mémoires de Master et 4 Thèses (dont 1 en cours)

■ 38 publications dans des journaux internationaux

Contrats, programmes associés à ce travail :

■ Programme Européen 6ème PCRDT : COPERNICUS (1997-2002)

■ Runs au Synchrotron ELLETRA (Italie) :

- Materials Science Beamline (MSB) (2003 et 2005)

■ Programme d’Action Intégrée (PAI) :

- POLONIUM : Institut Physique-Chimie de Varsovie (2002-2004)

- BARRANDE : Université Charles de Prague (2000-2001)

- CMEP : université Sidi Bel Abbès (1997-2002 et 2006-2009)

- CMCU - France/Tunisie (1998-2000 et 2004-2006)

■ Echanges ERASMUS (2003)

■Conventions Massif-Central et Innov@pôle (programme TIMS)


59

Etude de l’hétérostructure InN/InP(100) par spectroscopies électroniques

Christine ROBERT-GOUMET

Habilitation à Diriger des Recherches

Pr. A. Dubus : Faculté des Sciences appliquées de Bruxelles

Pr. G. Lelay, Université de Provence, MarseillePr. B. Gruzza, Université Blaise-Pascal, Clermont-FdDr. G. Gergely, Académie des Sciences de Hongrie,

BudapestPr. V. Matolin , Université Charles, PraguePr. L. Bideux , Université Blaise-Pascal, Clermont-Fd

L’EPES : méthode d’analyse de surfaces; expériences et modélisations

60

Documents

1 Etude de lhétérostructure InN/InP(100) par spectroscopies électroniques Christine ROBERT-GOUMET Pr. A. Dubus : Faculté des Sciences appliquées de Bruxelles