Date : 2017
Type : Livre / Book
Type : Thèse / ThesisLangue / Language : français / French
Épitaxie par faisceaux moléculaires
Résumé / Abstract : Ce travail de thèse est focalisé sur l’étude des jonctions tunnel magnétiques (JTM) et des semiconducteurs ferromagnétiques dilués (DMS) pour des applications en spintronique. La technique de croissance utilisée est l’épitaxie par jets moléculaires dans l’ultravide (UHV-MBE) et parmi les techniques de caractérisations utilisées on peut citer la microscopie à force atomique (AFM), la microscopie électronique à effet tunnel (STM), la diffraction d’électrons à haute énergie en incidence rasante (RHEED) et la microscopie électronique en transmission (TEM). Concernant les JTM, on a proposé une méthode alternative d’oxydation appelée couche-parcouche, où l’objectif est d’éviter la sur- et sous-oxydation de la couche d’Al. Cela consiste à réaliser des cycles de dépôt d’une monocouche atomique (MC) d’Al suivi de son exposition à l’O atomique. On a trouvé la stoechiométrie de l’oxyde réalisé par cette méthode et on a prouvé que seulement l’Al est oxydé. Pour la mise en ouvre, on a développé une surface de Co très lisse en conservant ses propriétés magnétiques. Le travail à été accompli avec l’utilisation d’une sous-couche tampon en faisant le dépôt de Co/Si à 200°C. Le résultat est une couche épitaxiée en multi domaines avec quatre relations d’épitaxie et dont la phase est Co2Si. Pour les DMS, on a étudié dans un premier temps l’étape initiale de la croissance de Mn/Ge (001) pour comprendre des phénomènes de diffusion-ségrégation, et de coalescence qui régissent la formation d’une phase métastable des nanocolonnes (NC) qui présentent une TC =400K. On a trouvé que le Mn forme des îlots épitaxiés, ayant une taille et une distribution comparable à celles des NC. Dans un deuxième temps on a travaillé sur la croissance par co-dépôt de la phase Mn5Ge3 qui est ferromagnétique à température ambiante et permet l’injection de courants polarisés dans le Ge. Le codépôt a permis une nucléation immédiate ce qui élimine les procès de diffusion induit pour le recuit couramment utilisé.
Résumé / Abstract : This thesis work is focusing on magnetic tunnel junctions (MTJ) and diluted magnetic semiconductors (DMS) for spintronic applications. Growth technique is ultra high vacuum molecular beam epitaxy (UHV-MBE), some of the techniques of characterization are atomic force microscope (AFM), scanning tunneling microscope (STM), refraction high energy electrons diffraction (RHEED), and transmission electronic microscope (TEM). Concerning the MTJ, we proposed an alternative oxidation method called layer-by-layer (LBL). The aim is to avoid under- and over-oxidation of the Al layer. This procedure consists in a repetitive growth of an atomic layer (AL) followed by oxidation by atomic oxygen. We found oxidation kinetics, the stoichiometry of the oxide and we show that only Al is oxidized. To improve the LBL technique, we have to grow a Co layer with a very flat surface, but still ferromagnetic. We succeed by using a template layer, by growing Co/Si at 200°C. The result is a multi-domain epitaxial layer with four epitaxial relations, the corresponding phase is Co2Si. For the DMS, first we studied the initial stage of Mn/Ge (001) growth in order to understand different phenomena as diffusion segregation and coalescence, which are at the origin of the formation of a metastable phase based en nanocolumns (NC) that exhibit a TC =400K. We found that Mn form epitaxial islands with a maximal size and a mean separation comparable with those found for the NC. Second, we focused on the growth of the Mn5Ge3 phase by co-deposition. This phase is ferromagnetic at room temperature and allows the injection of a polarized current into Ge substrate. Co-deposition gives rise to an immediate nucleation avoiding the diffusion process to occur as it happens during anneal in the common procedure for growing this alloy.