Épitaxie et couches minces (282)

Présentation

Le pôle technologique EpiCM développe et optimise des dispositifs expérimentaux originaux fonctionnant sous vide et ultra-vide ainsi que des procédés d’élaboration de nano-matériaux innovants. La diversité des matériaux élaborés est vaste tant par leurs types et propriétés (semi-conducteurs, métaux, matériaux magnétiques, supraconducteurs, oxydes et matériaux fonctionnels) que par leurs formes (couches minces, nano-objets et bidimensionnels). Les expertises des membres du pôle EpiCM en matière de développement instrumental, d’élaboration de matériaux et des caractérisations associées permettent un accompagnement de qualité de plusieurs thématiques scientifiques. Le pôle EpiCM est également impliqué dans des projets collaboratifs de recherche avec d’autres laboratoires et instituts de recherche publique ou privée.

Dépôt de nanotubes de carbone par CVD Image STM de graphène élaboré sous UHV

Activités

Le pôle technologique Epitaxie et couches minces (EpiCM) utilise et développe différents dispositifs expérimentaux : épitaxie par jet moléculaire (MBE), pulvérisation cathodique magnétron (PVD), dépôt laser pulsé (PLD) et dépôt chimique en phase vapeur (CVD) dédiés à la croissance de couches minces épitaxiales de semi-conducteurs, oxydes et métaux. Le pôle collabore avec plusieurs équipes de recherche de l’Institut Néel et apporte un support technique à tout utilisateur du laboratoire ayant un besoin spécifique en terme d’élaboration de matériaux. Le groupe est également largement impliqué dans la conception et la gestion de nouveaux environnements expérimentaux (réacteur de dépôt par pulvérisation cathodique pour les multicouches de métaux et d’oxydes, nouvelles chambres multi techniques pour l’épitaxie, salles blanches) ainsi que dans la mise à niveau des dispositifs expérimentaux existants. Il contribue à l’émergence de nouveaux domaines de recherche tels que la synthèse d’objets de basse dimensionnalité (boîtes quantiques, nano-fils semi-conducteurs ou magnétiques, graphène ou dichalcogénures de métaux de transition épitaxiés sur métal, nanotubes de carbone et couches minces de diamant). Par ailleurs, le pôle EpiCM est impliqué dans la croissance et la caractérisation de couches minces épitaxiales de haute qualité en collaboration avec des équipes de recherche et d’autres pôles technologiques de l’Institut Néel. Grâce à son expertise en croissance et en développement instrumental, le pôle gère la croissance de matériaux dans le cadre de plusieurs projets en collaboration avec des chercheurs d’autres laboratoires et instituts. Les membres du groupe EpiCM sont également fortement impliqués dans les tâches collectives du laboratoire telles que les formations, la prévention et la sécurité.

Expertises

Depuis plusieurs années, le personnel du pôle s’est formé à des logiciels de CAO-DAO pour concevoir des dispositifs sous vide et ultravide dédiés à la préparation et la caractérisation de couches minces. C’est la proximité et la concertation avec les chercheurs du département, mais également l’interaction forte avec d’autres pôles du département et de l’unité qui ont rendu possible la réalisation de projets (PEEM, enceintes de dépôts sous ultravide, four de coulée de cibles de grande dimension, fours de recuits, bâti de gravure, mesure de résistivité,…).

Le pôle est également impliqué dans la croissance et la caractérisation par AFM, MEB, DRX, RHEED, STM, Raman sous UHV avec du matériel du département Quest, ou en collaboration avec les pôles X’Press et POM du département PLUM.

Développement instrumental

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Vide et Ultra-vide (UHV)

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Elaboration et caractérisations associées

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Equipements

Le pôle EpiCM assure la responsabilité technique des dispositifs de dépôts de couches minces, de multicouches, de nano-objets, et de couches épaisses dédiés à la recherche d’une équipe thématique pour certains, ouverts à l’ensemble de l’Institut pour d’autres. Certains appareillages implantés sur deux sites du polygone (CNRS et CNRS-CEA) couvrent l’élaboration de couches minces épitaxiques de matériaux magnétiques (métaux, oxydes) par dépôt laser pulsé, de semi-conducteurs à grand gap par dépôt CVD assisté plasma micro-ondes, de semi-conducteurs II-VI (tellurures, séléniures) et III-V (nitrures) en épitaxie par jets moléculaires. Ces dispositifs de croissance sous UHV sont le fruit d’un développement sur du long terme, qui mène actuellement à des ensembles complexes couplant plusieurs techniques de dépôts et de caractérisation de surfaces (morphologique, chimique, structurale). Les chercheurs utilisant ces techniques élaborent des nanostructures (auto organisation de plots magnétiques, semi-conducteurs II/VI et III-V) dont la qualité n’est pas égalée ailleurs. L’élaboration de multicouches métalliques de tailles microniques (MEMS) ou nanométriques est réalisée par des dispositifs de pulvérisation cathodique.