Hautes résolutions énergétique et spatiale utilisant le rayonnement synchrotron, appliquées à l'étude des interfaces métal/Si hydrogène

High energy and spatial resolutions using synchrotron radiation, applied to the study of metal/hydrogen silicon interfaces

• Auteur / Autrice : Roberto Flammini
• Direction : Amina Taleb
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés libres

Photoémission de niveaux de cœur

Spectromicroscopie

Silicium hydrogéné

Résumé

Le but de ce travail de thèse a été de comprendre le rôle joué par une couche intercalaire d'hydrogène à l'interface entre un métal et le silicium. La spectroscopie de photoémission de niveaux de coeur en rayonnement synchrotron a été utilisée avec une haute résolution énergétique au LURE et une haute résolution spatiale à ELETTRA. Le premier chapitre est dédié aux motivations qui nous ont conduit aux thématiques abordées dans cette thèse ainsi qu'à un état de l'art sur les trois surfaces étudiées Au/Si, Fe/Si, Co/Si. Le deuxième chapitre est consacré à la déscription des techniques expérimentales utilisées. Nous avons en particulier mis en évidence la complémentarité de la photoémission avec résolution énergétique et avec résolution spatiale. Dans le troisième chapitre, nous avons abordé le sujet de l'hydrogénation du silicium tant du point de vue de la préparation de la surface que du point de vue de sa signature spectroscopique en photoémission de niveaux de coeur. Les résultats sont analysés et discutés dans le quatrième chapitre où l'on décrit le comportement en fonction de la température de recuit d'une interface constituée de 1,5 MC d'or déposée sur silicium hydrogéné. Les niveaux de coeur mesurés avec résolution énergétique ont été étudiés en fonction de la température de recuit et décomposés afin de séparer les contributions issues de la réaction or-silicium de celles provenant du silicium et de l'or n'ayant pas réagi. Les mesures résolues spatialement, enregistrées après un recuit à 500ʿC, montrent que la surface présente en réalité des structures tridimensionnelles qui ont été caractérisées spectroscopiquement. Un modèle pour la formation des îlots tridimensionnels en fonction de la température de recuit a été proposé. Des résultats préliminaires sur les interfaces Fe/Si(111)-H et Co/Si(111)-H ont été également inclus.

The goal of this thesis is to understand the role played by a hydrogen layer between a metal (M) and a semiconductor (S) on the formation of the M/S interface. Two synchrotron radiation sources have been used: we performed experiments by high-energy resolution photoemission spectroscopy at LURE and by high spatial resolution spectromicroscopy at ELETTRA. The first chapter of the thesis is dedicated to the motivations that triggered off the measurements on these interfaces and also to a state of the art for the three investigated interfaces (Au/Si(111), Fe/Si(111), Co/Si(111)). The second chapter deals with the description of the experimental techniques used. In this chapter, the complementarity of high spatial resolution and high-energy resolution for photoelectron spectroscopy measurements is pointed out. In the third chapter we explained how to prepare a hydrogenated silicon surface and how to check its spectroscopic signature. The results are presented, analyzed and discussed in the fourth chapter where we show the behavior as a function of the annealing temperature of an interface prepared with 1. 5 ML Au deposited on the hydrogenated silicon surface. In order to separate the different contributions of the high-energy core-level photoemission spectra, as a function of the annealing temperature, we decomposed the spectra in several components associated with elemental Au and Si and components associated with Au-Si reaction. On the same interface after 500ʿC annealing, high spatial resolution core-level spectra revealed tridimensional structures (islands), which have been spectroscopically characterized. We proposed a model for islands formation as a function of the annealing temperature. Some preliminary results on the Fe/Si(111)-H and on the Co/Si(111)-H interfaces with high-energy resolution core-levels spectroscopy are presented.