Epitaxie de systèmes métalliques sur si(001) : croissance du cuivre et structures à anisotropie magnétique perpendiculaire (Cu/Ni et FePd)

par Anthony Meunier

Thèse de doctorat en Physique des matériaux

Sous la direction de Bruno Gilles et de Marc Verdier.

Soutenue en 2005

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble) .


  • Résumé

    L'objet de ce rapport est l'étude de la croissance epitaxiale de systémes métalliques sur Si(001). Nous présentons dans un premier temps une étude de la croissance du cuivre à température ambiante en s'appuyant sur un grand nombre de techniques de caractérisation: RHEED, AES, TEM, GIXRD. Pour la première fois nous mettons en evidence l'effet de l'hydrogénation de la surface du silicium et sa necessité pour la croissance epitaxiale du cuivre. L'hydrogénation en inhibant l'interdiffusion conduit à la formation contrôlée d'une couche épitaxiée quasi continue de siliciure de 2 nm d'épaisseur. La structure cubique centrée identifiée est proche de la phase b- , CuO. 83SiO. 17 avec un paramétre de maille a = 0,288 nm. Une étude de la morphologie de croissance du cuivre par STM et TEM est présentée. Le cuivre métallique en épitaxie sur ce siliciure présente une forte texturation {001} de pseudo grains colonnaires dont la taille latérale homogène augmente avec l'épaisseur de cuivre déposé. La dernière partie de ce rapport présente deux études de systèmes à anisotropie magnétique perpendiculaire épitaxiés sur Si(001) : Cu/Ni et FePd. Dans le système Cu/Ni, nous montrons à partir d'expériences de AES et d'un modèle de ségrégation la présence d'une zone d'interdiffusion de 1 à 2 nm qui explique en grande partie la diminution du moment magnétique mesuré sur des couches de nickel de faible épaisseur. Finalement, à partir de la formation contrôlée d'un siliciure de cuivre ou de fer, nous rapportons pour la première fois la possibilité d'épitaxier sur Si(001) des couches d'alliage ordonné L 1 0-FePd(001) présentant une forte anisotropie magnétique perpendiculaire.


  • Résumé

    This work focus on the epitaxial growth of thin metallic layers on Si(001). An experimental study of copper growth at room temperature is first presented. For the first time we experimentally demonstrate the important role of preliminary surface hydrogenation on interdiffusion properties. Surface hydrogenation inhibits interdiffusion and results in the controlled formation of an 2 nm thick silicide quasi continuous layer. Chemical and structural nature of the interface have been deduced from a large field of experiments : RHE ED, AES, TEM and GIXRD. This silicide is not the h-Cu3Si phase usually reported but is a centred cubic phase close to the b-CuO. 83SiO. 17 phase with a lattice parameter a = 0,288 nm. Following metallic copper growth on this seed layer has been studied through STM and TEM experiment Copper layer is highly {001} textured and show columnar pseudo grains with an homogeneous lateral size increasing with thickness. The last part of this work deals with the growth of perpendicular magnetic anisotropy systems, Cu/Ni and FePd on Si(001). Ln Cu/Ni system, it is shown that interdiffusion occurs during Ni layer growth based on auger spectroscopy experiments and a copper segregation mode!. This mixing at the Cu/Ni interface mainly explain the decrease of magnetic properties measured for thin Ni layers. We finally repor for the first time the growth of a template structure based on the use of a thin silicide (Cu-Si or FeSi2) seed layer for FePd alloy epitaxy or SI(001). Structural and magnetic measurements reveal a weil ordered FePd layer and a high perpendicular magnetic anisotropy

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Informations

  • Détails : 1 vol. (143 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 130 à 133

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  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS05/GRE1/0012/D
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  • Cote : TS05/GRE1/0012
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