Étude par microscopie en champ proche et diffraction d'électrons rapides des premiers stades de croissance de systèmes métalliques : application aux systèmes Fe/Cu(100), Cu/Fe(100) et Fe/Fe(100)

par Frédéric Dulot

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Daniel Malterre.

Soutenue en 2000

à Nancy 1 , en partenariat avec Université Henri Poincaré Nancy 1. Faculté des sciences et techniques (autre partenaire) .

mots clés

• Physique
• Sciences des matériaux
• Rhélogie
• Croissance cristalline
• Epitaxie
• Diffusion
• Diffraction électron
• Microscopie tunnel optique
• Analyse surface
• Méthode étude
• Nucléation
• Électrons de haute énergie -- Diffraction
• Microscopie

Résumé

Ce mémoire est consacré à l'étude des premiers stades de croissance de systèmes métalliques à partir de deux techniques d'analyse de surface complémentaires : la diffraction d'électrons rapides (RHEED) et la microscopie à effet tunnel (STM). Dans une première partie, nous avons pu dégager pour le système FE/CU(100) à température ambiante quatre par bicouche stades de croissance correspondant à : I. L'incorporation du fer dans le substrat de cuivre par mécanisme d'échange. II. La nucléation des premiers ilots de fer sur les inclusions de fer préalablement formées. III. La nucléation du cuivre contre ces ilots de fer. IV. La nucléation du second plan atomique avec un transfert de matière entre les deux premiers plans. Nous avons mis en évidence une croissance alternée entre le premier plan et le second plan atomique pour des dépôts inferieurs a 1. 2 MC puis bicouche par bicouche jusqu'a 2 MC. Au delà, la croissance est de type couche par couche. Ces mesures nous ont permis de conclure à une ségrégation du cuivre par mécanisme d'échange entre les plans de croissance jusqu'a 4 MC. Dans une seconde partie, nous nous sommes intéressés à l'origine physique de la largeur des raies de diffraction RHEED et des oscillations de largeur observées lors de la croissance 2d de systèmes épitaxies. Un travail expérimental combinant RHEED et STM sur les systèmes CU/FE(100) et FE/FE(100) ainsi que la simulation numérique des cliches de diffraction a partir d'images STM échantillonnées, nous ont permis de mettre en lumière le rôle de la contribution diffuse liée a un ordre local entre ilots de nucléation. Cette contribution diffuse donne lieu à des structures satellites qui, lorsqu'elles ne sont plus résolues expérimentalement, contribuent à un élargissement des raies de diffraction. Le transfert d'intensité entre la contribution diffuse et le pic de BRAGG en cours de croissance est à l'origine des oscillations de largeur de raies observées sur certains systèmes.

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