Etude expérimentale de la croissance de surfaces vicinales de cuivre

par Nicolas Néel

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean Klein.

Soutenue en 2004

à Paris 11 .


  • Résumé

    Ce travail de thèse a pour objet l'étude expérimentale de la dynamique de croissance d'un monocristal. La microscopie à effet tunnel est utilisée pour l'analyse structurale des morphologies et pour l'investigation de la cinétique. Les surfaces vicinales, succession périodique de marches rectilignes (train de marches droites), en constituent les surfaces modèles pour le mode de croissance par avance des marches. Le suivi de la croissance par homoépitaxie nous ont permis de mettre en évidence le développement d'instabilités cinétiques intrinsèques à un train de marches. Après croissance à basse température, les surfaces étudiées présentent toutes une oscillation collective en phase des bords de marches (direction transverse). Ces derniers, initialement rectilignes, ont été déstabilisés par une instabilité de méandre. Au dessus de la température ambiante, les marches (régulièrement espacées avant dépôt) se regroupent suivant la direction du train pour former des paquets séparés par de larges terrasses planes. Le train de marches est soumis à une instabilité de mise en paquets (ou facettage). Les origines de ces instabilités sont liées à des asymétries de la cinétique d'incorporation des atomes aux marches. De telles asymétries sont issues de barrières énergétiques additionnelles à la diffusion d'un atome à travers une marche descendante (barrière d'Ehrlich-Schwöbel) ou le contournement d'un cran en bord de marche (barrière de cran). Les différents processus cinétiques actifs pendant la croissance, déstabilisateurs ou stabilisateurs vis à vis de la morphologie d'un train de marches droites, sont discutés en comparaison des résultats expérimentaux.


  • Résumé

    This work is devoted to the experimental study of monocristal growth dynamics. Scanning tunneling microscopy has been used for both, the structural and kinetic investigations of the growth morphologies. Vicinal surfaces, made up of a periodic succession of straight steps (train of straight steps), constitute model surfaces for the step flow growth mode. Homoepitaxial growth on these surfaces permit us to evidence two kinds of intrinsic kinetic instabilities : After growth at below room temperatures, all the surfaces studied exhibit a collective meandering of the step fronts (i. E. Along the step or transverse direction). Step edges, initially straight, are thus unstable against a meandering instability. After growth at above room temperatures, the initially equally spaced steps group themselves together into bunches separated by large (0,0,1) terraces. Thus, above room temperature, a step train is unstable against a bunching instability along the step train direction. The origin of these instabilities can be traced back to the existence of kinetics asymmetries for the incorporation of adatoms to a step. These ones come from excess energy barrier for diffusion over descending step (Ehrlich-Schwöbel barrier) or rounding a kink at step edge (kink barrier). The different mechanisms occurring during growth of a step train, either stable or unstable, are discussed in view of the experimental results.

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Informations

  • Détails : 221 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.215-221

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2004)13
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