Nouveau mécanisme de relaxation plastique dans les systèmes épitaxiaux faiblement liés
Les systèmes épitaxiés à faible adhésion, c’est-à-dire pour lesquels les liaisons d’interface sont faibles, sont peu étudiés car réputés comme conduisant à un fort désordre de la couche épitaxiale qui dégrade ses propriétés physiques. Nous avons cependant démontré, notamment dans le cadre du projet ANR COMPHETI, que ce désordre pouvait être contrôlé notamment dans le cas des systèmes III-V/SrTiO3. Par ailleurs, nous avons mis en évidence une spécificité de la relaxation de ces systèmes faiblement liés : le désaccord de maille est entièrement accommodé par un réseau de dislocations confinées à l’interface, et le matériau désaccordé croît avec son paramètre de maille massif sans formation de dislocations liée à un quelconque mécanisme de relaxation plastique. Ce comportement ouvre des perspectives intéressantes pour l’intégration monolithique de semiconducteurs III-V sur des templates de SrTiO3/Si.
Afin de comprendre ce mode de relaxation spécifique, nous avons étudié les tous premiers stades de la croissance de germanium sur SrTiO3. Ces études ont été menées sur la ligne BM32 du synchrotron ESRF à Grenoble. Nous avons mesuré in-situ par diffraction en incidence rasante l’évolution du diamètre et de la déformation d’îlots de Ge pendant leur croissance. Ces mesures ont permis de détecter l’apparition des premières dislocations « à l’unité » dans les îlots. Elles montrent par ailleurs que malgré un désaccord paramétrique modéré de 2.5%, le germanium relaxe très tôt lorsqu’il est épitaxié sur SrTiO3 (la première dislocation entre dans les îlots lorsque leur diamètre atteint 4 nm, alors qu’à désaccord équivalent dans le système SiGe/Si, la première dislocation est détectée lorsque le diamètre des îlots vaut 120 nm). Enfin, ces mesures illustrent la complexité relative à la mise en place du réseau interfacial de dislocations, qui implique notamment une phase de réorganisation de ces dislocations pour former un réseau ordonné et périodique.
Légendes : (a) Image de microscopie électronique en transmission (LPN-Ludovic Largeau) d’un îlot de Ge(001)/STO(001). (b) Même image filtrée par transformée de Fourier pour mettre en évidence la présence d’un réseau interfacial de dislocations.
Contact : Guillaume SAINT-GIRONS –
Collaborations : ESRF BM32 : Gilles Renaud, Vincent Favre-Nicolin, Nils Blanc, Thao Zhou
Référence : « New Interface Accommodation Mechanism for Weakly Interacting Epitaxial Systems », A. Danescu, B. Gobaut J. Penuelas, G. Grenet, V. Favre-Nicolin, N. Blanc, T. Zhou, G. Renaud, and G. Saint-Girons, soumis à Phys. Rev. Lett.
