Étude de nanostructures de semiconducteurs II-VI par sonde atomique tomographique

Study of II-VI semiconductors nanostrures by atom probe tomography

• Auteur / Autrice : Hammouda Benallali
• Direction : Dominique Mangelinck, Khalid Hoummada
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matière condensée et nanosciences
• Date : Soutenance le 08/04/2015
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et sciences de la matière (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Kuntheak Kheng
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Mangelinck, Khalid Hoummada, Anne Ponchet, Philippe Vennéguès, Edith Amalric, El Mustapha Feddi, Frédéric Danoix
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Ponchet, Philippe Vennéguès
• DOI : 10.70675/95e4ee8bzfdc6z4cb1zae39zdc4c5f14a8e8

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés semiconducteurs

Nanofils

Croissance cristalline

Diffusion (physique)

Arséniure de gallium

Indium -- Composés

Séléniures

Tellurure de cadmium et de zinc

Mots clés libres

Interfaces II-VI/III-V

Boites quantiques II-VI

Nanofils II-VI et III-V

Modélisation

Croissance des nanofils

Diffusion et interdiffusion

GaAs

InAs

ZnSe

ZnTe

II-VI/III-V Interfaces

II-VI quantum dots

II-VI and III-V nanowires

Modelisation

Nanowiresgrowth

Diffusion and interdiffusion

GaAs

InAs

ZnSe

ZnTe

Résumé

Les nanostructures de semiconducteurs II-VI ont de nombreuses applications en microélectronique, optoélectronique et photonique. Notamment, les boites quantiques II-V peuvent servir de source de photons uniques. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés à la caractérisation chimique et structurale des nanostructures de semiconducteurs II-VI (boites quantiques (BQs) auto-organisées, nanofils II-VI et III-V …) par sonde atomique tomographique (SAT). Dans un premier temps, nous avons optimisé les conditions d’analyse des semiconducteurs III-V et II-VI par SAT. Ensuite, nous avons étudié les compositions chimiques des interfaces II-VI/III-V en montrant la formation d’un composé Ga2.7Se3 à l’interface ZnSe/GaAs et un mélange de cations (Ga, Zn) à l’interface ZnTe/InAs. Les mesures de compositions chimiques et des tailles des boites quantiques en trois dimensions par SAT ont permis de faire une corrélation avec les mesures optiques. Nous nous sommes aussi intéressés à l’étude des mécanismes de croissance des nanofils GaAs et ZnTe ainsi que des BQs (CdTe) insérés dans des nanofils ZnTe en analysant la composition chimique des catalyseurs, les BQs dans les nanofils aussi que la base des nanofils. Ces mesures montrent que les boites quantiques sont formées d’un fort mélange CdxZn1-xTe. Un scénario basé sur la diffusion de surface a été proposé pour expliquer la croissance ainsi que le mélange entre Zn/Cd pour les BQs insérées dans les nanofils.

Nanostructures of II-VI nanostructure have many applications in microelectronics, optoelectronics and photonics. For example, II -V quantum dots have shown the ability to be a source of single photons. In this work, we performed in the chemical and structural characterization of nanostructures of II-VI semiconductors (self- organized quantum dots (QDs), nanowires II-VI and III- V ...) by atom probe tomography (APT). Firstly, the analysis conditions of III-V and II- VI semiconductors by APT were optimized. Then, we studied the chemical composition of II-VI/III-V interfaces and showed the formation of a Ga2.7Se3 compound at the ZnSe/GaAs interface and the (Ga, Zn) cations mixing at the ZnTe/InAs interface. The measurements of the chemical composition and the sizes of quantum dots in three dimensions by APT allowed making a correlation with optical measurements. We studied also growth mechanisms of GaAs, ZnTe nanowire and the CdTe QDs inserted in ZnTe nanowires by analyzing the chemical composition of the catalysts QDs and nanowires basis. These measurements show that the quantum dots are formed of a strong mixing of CdxZn1-xTe. A scenario based on surface diffusion has been proposed to explain the growth and the mixing between Zn/Cd for the QDs.