Contact : Bruno Gilles
L'Epitaxie par Jets Moléculaires (Molecular Beam Epitaxy ou MBE en anglais) est une technique de dépôt sous Ultra-Haut-Vide (UHV) qui permet de contrôler l'épaisseur déposée à l'échelle de la fraction de plan atomique. La croissance est dite « épitaxiale » car elle est pratiquée sur un substrat monocristallin présentant une surface orientée selon une direction cristallographique choisie, ce qui privilégie une direction cristallographique particulière du dépôt. Différents outils d'analyses structurales et/ou chimiques in-situ permettent de contrôler la qualité des couches pendant le dépôt.
La plate-forme EJM de SIMAP se compose d'une chambre de dépôt équipée de deux canons à évaporation multi-creusets permettant une combinaison de huit matériaux différents. Deux matériaux peuvent être évaporés simultanément (alliages binaires) ou séquentiellement (multicouches périodiques). Un outil de Diffraction d'Electrons à Haute Energie en mode Réflexion (RHEED en anglais) permet de contrôler la qualité structurale du dépôt (texture, rugosité de surface). De plus, un appareil de mesure de courbure du substrat par multi-rayons lasers permet de mesurer la variation de contrainte in-situ (relaxations élastique et plastique).
La chambre de dépôt est connectée sous UHV à une chambre de préparation/ analyse équipée de spectroscopie d'électrons Auger et XPS pour le contrôle chimique, d'un outil de diffraction d'électrons à faible énergie (LEED en anglais) ainsi que de plusieurs canons à ions pour le décapage ionique des surfaces et d'un four à bombardement électronique spécialement développé dans notre laboratoire pour atteindre 2000 °C avec un contrôle par pyrométrie optique.
Matériaux étudiés
Ce bâti EJM est dédié au dépôt de couches métalliques dont l'élaboration requiert une expertise en métallurgie physique faisant intervenir des couplages entre le champ de déformation/contrainte, les cinétiques de transformation de phases et la thermodynamique hors équilibre. Les propriétés physiques sont étudiées grâce aux collaborations avec d'autres laboratoires spécialisés dans les domaines concernés.
Etudes en cours
- Elaboration de nano-pyramides de Pt sur substrat W (111) pour des études électro-catalytiques in-situ (application aux piles à combustibles PEMFC (collaboration avec le laboratoire LEPMI). Un des points clefs est la préparation à 2000 °C du substrat ainsi que le transfert in-situ de l'échantillon en cellule électrolytique.
- Elaboration de jonctions Josephson (métal supraconducteur/isolant/métal supraconducteur) épitaxiées pour le développement de Qubits (application à l'informatique quantique (collaboration avec l'Institut Néel).
- Etude du couplage entre transformation structurale (démouillage) ou chimique (formation de phases, interdiffusion) et relaxation élastique/plastique dans les couches minces métalliques épitaxiées. Nous étudions en particulier les conditions de formation des siliciures par transformation de phases ainsi que la nano-structuration obtenue par démouillage de couches minces