Vers l’intégration d’oxydes fonctionnels sur nanofils semiconducteurs par épitaxie par jets moléculaires

Nous avons réalisé la croissance épitaxiale d’une coquille d’oxyde perovskite SrTiO3 sur des nanofils de GaAs élaborés par VLS-MBE auto-catalysée sur silicum. D’une manière générale, la fabrication de nanofils de GaAs et de nanofils cœur / coquille à base de GaAs a conduit à de nombreuses avancées dans le domaine des nanosciences et nanotechnologies. Cependant, dans la plupart des études rapportées dans la littérature, la coquille de ces nanofils est faite d’un matériau de la famille des semiconducteurs III-V ce qui limite considérablement les applications potentielles. En raison de leurs propriétés spécifiques (ferroélectricité, piézoélectricité, ferromagnétisme etc.) les oxydes fonctionnels constituent un matériau particulièrement prometteur en tant que coquille de nanofils semiconducteurs. Malheureusement, la croissance d’oxydes fonctionnels sur nanofils III-V est particulièrement complexe en raison de la difficulté à contrôler la surface du semiconducteur et d’éviter les phénomènes d’oxydation d’interface.

En 1998, en utilisant la technique d’épitaxie par jets moléculaires, Mc Kee et al. ont démontré la possibilité de faire croître un film de pérovskite SrTiO3 directement sur substrat de Si grâce à une ingénierie d’interface particulière permettant d’obtenir une interface SrTiO3 / Si abrupte. SrTiO3 étant le template le plus utilisé pour fabriquer des oxydes fonctionnels, ce travail pionnier à engendrer de nombreuses études visant à intégrer des nouvelles fonctionnalités sur plateforme Si, et plus récemment sur substrat de GaAs, pour fabriquer des composants électroniques ou photoniques originaux. La croissance de SrTiO3 sur nanofils III-V n’a cependant jamais été rapportée jusqu’à présent. Dans ce travail, l’intégration monolithique de SrTiO3 sur des nanofils de GaAs est réalisée. Ces nanofils cœur / coquille vont permettre de faire croître de nombreux oxydes fonctionnels comme BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3, BiFeO3 etc… possédant une structure pérovskite, sur des nanofils de GaAs. Afin de réaliser l’intégration de SrTiO3 sur nanofils de GaAs avec une interface de bonne qualité, une technique de protection réversible des nanofils de GaAs ainsi qu’une méthode de croissance de SrTiO3 en deux étapes a été développée.

Ces travaux ouvrent la voie à la fabrication de nanofils cœur (semiconducteur) / coquille (oxyde fonctionnel) et à l’exploration de leur propriétés.

Légende: Image HRTEM de l’interface d’un nanofil coeur (GaAs) / coquille (SrTiO3)

Etapes de fabrication des nanofils coeur (GaAs) / coquille (SrTiO3)
Contact: José PENUELAS –

Référence: X. Guan, J. Becdelievre, B. Meunier, A. Benali, G. Saint-Girons, R. Bachelet, P. Regreny, C. Botella, G. Grenet, N. P. Blanchard, X. Jaurand, M. G. Silly, F. Sirotti, N. Chauvin, M. Gendry, J. Penuelas, Nano Letters (2016), DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b05182