Contribution à l'étude des propriétés électroniques des surfaces de 6H-SiC reconstruites et graphitées

Contribution to the study of the electronic properties of reconstructed and graphitized 6H-SiC surfaces

• Auteur / Autrice : Isabelle Forbeaux
• Direction : Jean-Marie Debever
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 2
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université d'Aix-Marseille II. Faculté des sciences (1969-2011)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Semiconducteurs

Photoémission

Carbure de silicium

Résumé

Nous avons etudie l'evolution des etats electroniques inoccupes des reconstructions de surface de 6h-sic(0001) par photoemission inverse resolue angulairement (kripes) jusqu'a des temperatures de preparation de 1400c. L'etude kripes de la reconstruction (3 3)r30 de la face. Si de 6h-sic(0001) nous a permis de mettre en evidence le caractere semiconducteur de cette surface. Ce resultat est inattendu puisque cette reconstruction, constituee d'adatomes de si occupant les sites t#4 au dessus d'un plan compact de sic, doit posseder, selon les calculs bases sur la theorie de la fonctionnelle de densite, un caractere metallique, chaque adatome gardant un electron non apparie dans une liaison pendante. Or nos resultats experimentaux sont en flagrante contradiction avec ce modele. La prise en compte des effets de correlation electronique entre les etats localises sur les liaisons pendantes des adatomes de si explique, dans la limite d'une forte localisation, le dedoublement de l'etat unique predit par les theories dites a un electron, et donc l'ouverture d'une bande interdite. En ce sens, la reconstruction (3 3)r30 peut etre consideree comme un systeme bidimensionnel fortement correle presentant une transition metal / isolant de type mott-hubbard. A partir d'une temperature de recuit de 1350c, la diffraction d'electrons lents revele une terminaison graphitique de la surface (spots 1 1 du graphite monocristallin) et les spectres kripes sont caracteristiques de graphite monocristallin heteroepitaxie. Pour des temperatures inferieures, et des 1080c, on observe la reconstruction (63 63)r30 et les spectres kripes presentent a la fois des signatures electroniques du graphite et des structures attribuees a la presence de lacunes de si dans les couches superficielles du sic. La presence de ces lacunes de si, induites par l'evaporation du si des 1000c, entraine la formation de couches riches en c hybrides sp#3, qui fusionnent progressivement a la surface pour former du graphite monocristallin. L'interaction entre les couches de graphite et le substrat est faible comme le montre la presence des etats * du graphite dans les premiers stades de la graphitisation aux memes positions energetiques que dans le graphite volumique. Sur la face c de 6h-sic(0001), le graphite forme est polycristallin a cause de la forte interaction existant entre la premiere couche de graphite formee et le substrat de sic reconstruit 22 ; interaction mise en evidence par l'absence des etats * du graphite alors que les etats * sont nettement identifies sur les spectres kripes des les premiers stades de la graphitisation.