Croissance des films minces et interfaces : exemples dans deux familles de matériaux pour la microélectronique - Aix-Marseille Université Access content directly
Habilitation À Diriger Des Recherches Year : 2017

Thin films growth and interfaces in two types of materials used in microelectronics

Croissance des films minces et interfaces : exemples dans deux familles de matériaux pour la microélectronique

Abstract

This dissertation for the « Habilitation à Diriger des Recherches (HDR) » presents some of my research activities since 2006. It is based on the surfaces and interfaces in the materials for microelectronics. This common theme gathers studies on organic type n semiconductors for organic thin film field effect transistors and on a manganese/germanium alloy for spintronics : Mn5Ge3. The first part of this manuscript deals with the organic semiconductors. The growth of thin films of PTCDI-8C and quaterrylene on SiO2 substrates is studied as a function of the functionalization of the SiO2 surface with OTS molecules. Regarding the metal/semiconductor interfaces, the influence of the metal for the drain and source contacts is discussed in the case of FET made of TTCDI-5C molecules. Then the interface engineering for improving optical switching in a diarylethene-channel transistor is analysed. The second part of the manuscript is focused on the Mn5Ge3 thin films on Ge(111) substrates for spintronic applications. Mn5Ge3 is a ferromagnetic compound with a close to room temperature transition. This Curie Temperature can be increased by incorparation of carbon atoms in the interstitial sites of the Mn5Ge3 lattice. We described a new growth process called low-temperature reactive deposition epitaxy. The structural and magnetic properties of the thin films grown with this method exhibit a better quality than the films grown by the commonly used solid phase epitaxy. The interdiffusion phenomenon is reduced at the Mn5Ge3/Ge(111) interface and the magnetic properties are enhanced thanks to a better carbon homogeneity. Eventually the Mn5Ge3Cx/Ge(111) Schottky contact is caracterised with the view to the electrical spin injection from Mn5Ge3 to Ge.
Ce mémoire en vue de l'obtention de l'Habilitation à Diriger des Recherches (HDR) expose une partie de mes travaux de recherche depuis 2006. Il est axé sur les surfaces et interfaces dans les matériaux pour la microélectronique. Ce thème, en guise de fil rouge, rassemble ainsi des études sur les semiconducteurs organiques de type n utilisés pour les transistors à effet de champ à base de films minces et sur un matériau possédant des atouts certains pour la spintronique : l'alliage Mn5Ge3. La première partie de ce manuscrit est dédiée aux semiconducteurs organiques. La croissance de films minces organiques des molécules PTCDI-8C et quaterrylène sur substrat SiO2 est examinée en fonction de la fonctionalisation ou non de la surface de SiO2 par des molécules d'OTS. L'influence du choix du métal de contact drain-source sur les propriétés électriques des transistors à base de TTCDI-5C est analysée dans un chapitre sur l'interface métal/semiconducteurs organiques. Cette première partie se termine par l'interface semiconducteur/semiconducteur dans le cadre de dispositifs à fonctionnalités innovantes comme des FET pilotés par la lumière. La deuxième partie du manuscrit est dévolue aux films minces de Mn5Ge3 sur Ge(111). Mn5Ge3 est un alliage ferromagnétique à température ambiante dont la température de Curie peut être augmentée par ajout de carbone en position interstitielle octaédrique dans la maille. Une nouvelle méthode de croissance dite de co-dépôt à froid, par opposition au processus de croissance habituelle par épitaxie en phase solide, est décrite. Les propriétés structurales et magnétiques sont détaillées et valident cette nouvelle méthode, en montrant une amélioration de la qualité de l'interface Mn5Ge3/Ge(111) en terme de profil d'interdiffusion, ainsi que des propriétés magnétiques, via une distribution plus homogène du carbone dans les films minces. Enfin dans le cadre d'une injection électrique de spin, les caractéristiques du contact Schottky Mn5Ge3Cx/Ge(111) font l'objet d'une analyse approfondie.
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Dates and versions

tel-01592798 , version 1 (25-09-2017)
tel-01592798 , version 2 (26-09-2017)

Licence

Public Domain

Identifiers

  • HAL Id : tel-01592798 , version 2

Cite

Matthieu Petit. Croissance des films minces et interfaces : exemples dans deux familles de matériaux pour la microélectronique. Science des matériaux [cond-mat.mtrl-sci]. Aix-Marseille Université (AMU), 2017. ⟨tel-01592798v2⟩
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