Etude in situ et ex situ par rayonnement synchrotron de la croissance d’îlots de GE sur substrats de Si (001) nominaux et pré-structurés
Institution:
Université Joseph Fourier (Grenoble)Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
The work presented in this manuscript focuses on the structural (size, strain, defects, composition) investigation of Ge nano-islands grown on both nominal and pre-pattemed Si(OOI) substrates by Molecular Bearn, using grazing incidence (anomalous) X-ray diffraction and scattering at ESRF. The samples were either prepared in independent MBE chambers and then characterized ex situ on the IDOI ESRF beamline, or they were characterized in situ during their MBE growth, using the BM32 ESRF beamline setup. The dynamical scattering effects occurring in grazing incidence have been studied on the basis offinite element simulations of the strain fields in nano-islands. A novel X-ray method has been developed to detect the presence of defects and to study the structure oftheir core by concentrating on measurements along rods of scattering by defects passing through bulk forbidden reflections. To obtain new insight into the dynamics of growth phenomena, the shape, size, growth mode, composition and possible defects and/or atomic ordering inside aIl islands were characterized, as a function of deposition, deposition temperature, flux and possible annealing. The evolution ofstrain, the transition from elastic to plastic relaxation, the intermixing and the correlation ofthese internaI parameters with the different morphologies of the island have been addressed using in situ scattering methods. At last, the growth on nominal and patterned Si(OO 1) surfaces were compared, showing that by tuning the surface curvature, it is possible to change the relaxation state and the overaIl elastic energy of islands without modifying their mean Ge composition.
Abstract FR:
Les travaux présentés dans ce manuscrit sont consacrés à l'étude structurale (taille, déformation, défauts, composition) d'Îlots de Ge sur substrats de Si(OOI) nominaux et pré-structurés durant ou après croissance par épitaxie par jet moléculaire, en utilisant la diffraction (anomale) des rayons X en incidence rasante à l'ESRF. Les échantillons ont été caractérisés soit ex situ après croissance sur la ligne de lumière IDOI, soit in situ durant leur croissance par EJM grâce au dispositif dédié sur la ligne BM32. Les effets dynamiques associés à l'utilisation de l'incidence rasante ont été étudiés sur la base de simulations des champs de déformations dans les nanostructures de Ge. Une nouvelle technique de rayons X a été développée pour détecter leur présence et étudier la structure de leur cœur en se concentrant sur l'intensité diffusée par les défauts autour de réflexions interdites. La forme, la taille, le mode de croissance, la composition et la présence éventuelle de défauts et/ou d'ordre atomique à l'intérieur des nanostructures ont été caractérisés en fonction du dépôt, de sa température, de la vitesse de croissance et du recuit, pour comprendre les dynamiques de croissance. L'évolution des déformations, la transition élastique-plastique, l'interdiffusion et leur relation avec les différentes morphologies des îlots ont été étudiés grâce à l'utilisation de techniques in situ de rayons X. Enfin, les croissances sur surfaces Si(OOI) nominales et pré-structurées ont été comparées, montrant qu'en modulant la surface, il est possible de changer l'état de relaxation et l'énergie élastique totale des îlots sans modifier leur composition moyenne en Ge.