Terminaisons de surface de SIC(0001) et leur influence sur la croissance de Ge

par Kamel Ait-Mansour

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Lucien Kubler.

Soutenue en 2004

à Mulhouse .


  • Résumé

    Le travail présenté est consacré à l'étude des trois principales reconstructions de surface de SiC(0001), (3x3), (v3xv3)R30ʿ (v3) et (6v3x6v3)R30ʿ (6v3) et leur influence sur la croissance de Ge. Les signatures propres à chacune de ces trois reconstructions sont données aussi bien en diffraction d'électrons (RHEED et LEED) qu'en photoémission (XPS et UPS). La (3x3) et la v3 se caractérisent par une terminaison riche en Si avec des excès respectifs de 13/9 et 1/3 monocouches (MC) de Si alors que la 6v3, riche en carbone, est induite par la formation de graphite en surface. Les croissances MBE de Ge ou de Si sur les reconstructions de SiC riches en Si ((3x3) et v3) se font selon un mode analogue à celui de Stranski-Krastanov mais où seule la couche de mouillage est cohérente avec le substrat, la nucléation d'îlots étant elle incohérente. La reconstruction v3, qui est la plus proche d'une surface idéale de SiC tronqué, est la plus propice au mouillage d'environ 1 MC de Ge et donne, entre 100 et 500ʿC, une nouvelle reconstruction (4x4). Différentes observations, en particulier d'"oscillations RHEED", suggèrent une similitude structurale entre la (4x4)-Ge et la (3x3)-Si. Seule changerait la commensurabilité de mêmes entités de base (tétramères) qui passerait d'un arrangement (3x3) avec Si à (4x4) avec Ge par rapport à la maille (1x1) hexagonale de SiC(0001). Ces deux reconstructions fixent les limites d'héréoépitaxies contraintes pour des systèmes à très forts désaccords de paramètres de maille (30 et 25% respectivement pour Ge et Si avec SiC), des recouvrements supérieurs menant à la croissance d'îlots relaxés. La croissance de Ge à 500ʿC sur la surface graphitée 6v3 est très différente puisque de type Volmer-Weber. Les clichés RHEED, typiques de la diffraction d'électrons par transmission, montrent des îlots relaxés de Ge présentant une relation d'épitaxie avec le substrat telle que Ge{111}//SiC(0001) avec deux orientations azimutales, une majoritaire Ge<-1-12>//SiC<1-100> et une minoritaire Ge<-1-12>//SiC<10-10>. Chacune de ces deux orientations présente en plus un maclage dû à la symétrie ternaire de l'axe Ge<111>. Cette relation d'épitaxie relative au substrat SiC, en association avec une nucléation d'îlots dès 0. 1 MC, rend peu probable une nucléation sur les plans de graphite eux-mêmes mais plutôt sur leurs défauts, les liaisons Ge-C étant énergétiquement défavorables. Les plans graphitiques de cette surface assureraient de ce fait un rôle de "non mouillage". Un ensemble de transformations assez surprenantes se produit lorsque quelques MC de Ge sont déposées à TA sur les plans de graphite de cette surface 6v3 et soumis à des recuits isochrones à des températures croissantes. Le moteur de ces transformations est la propension du Ge à diffuser sous le graphite vers le substrat pour former à 950ʿC une monocouche intercalaire entre le substrat de SiC et les plans graphitiques. Cette diffusion du Ge induit des bouleversements morphologiques vers 600ʿC où les plans de graphite doivent se replier transitoirement sur eux-mêmes pour former des nano-objets de graphite avec des plans verticaux à l'instar de la croissance de nano-tubes ou "oignons". Une fois cette couche de mouillage de Ge formée, le graphite se réorganise en encapsulation bi-dimensionnelle avec une structure cette fois (1x1). Il passive ainsi complètement le Ge. Une telle interface "graphite(1x1)/Ge/SiC" provoque un déplacement d'ensemble spectaculaire des énergies de liaison XPS des niveaux électroniques du substrat qui est attribué à une modification de courbure de bande dans le substrat par rapport à la situation "graphite(6v3)/SiC" de départ. La désorption du Ge, très retardée par cette encapsulation par les plans graphitiques, finit par se produire à des températures bien supérieures à celles observées sur les surfaces riches en Si.


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Informations

  • Détails : 192 f.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 239 ref.

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th 04 AIT
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