La nanoélectronique ne peut être que quantique - CEA
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CL’épitaxie par jets moléculaires<strong>La</strong> fabrication des puits quanti<strong>que</strong>sutilise la techni<strong>que</strong> d’épitaxie (dugrec taxi (ordre) et epi (dessus) par jetsmoléculaires (en anglais MBE, pourMolecular Beam Epitaxy). Le principe decette techni<strong>que</strong> de dépôt physi<strong>que</strong>,développée initialement pour la croissancecristalli<strong>ne</strong> des semi-conducteursde la famille III-V, est fondé sur l’évaporationdes différents constituantspurs du matériau à élaborer dans u<strong>ne</strong>enceinte où est maintenu un vide poussé(pression pouvant <strong>être</strong> de l’ordre de5·10 -11 mbar) afin d’éviter toute pollutionde la surface. Un ou des jets thermi<strong>que</strong>sd’atomes ou de moléculesréagissent sur la surface propre d’unsubstrat monocristallin, placé sur unsupport maintenu à haute température(<strong>que</strong>l<strong>que</strong>s centai<strong>ne</strong>s de °C), qui sert detrame pour former un film dit épitaxi<strong>que</strong>.Il est ainsi possible de fabri<strong>que</strong>rdes empilements de couches aussifi<strong>ne</strong>s <strong>que</strong> le millionième de millimètre,c’est-à-dire composées de seulement<strong>que</strong>l<strong>que</strong>s plans d’atomes.Les éléments sont évaporés ou sublimésà partir d’u<strong>ne</strong> source de hautepureté, placée dans u<strong>ne</strong> cellule à effusion(chambre dans la<strong>que</strong>lle un fluxmoléculaire passe d’u<strong>ne</strong> région oùrèg<strong>ne</strong> u<strong>ne</strong> pression donnée à u<strong>ne</strong> régionde plus basse pression) chauffée pareffet Joule.<strong>La</strong> croissance du film <strong>peut</strong> <strong>être</strong> suiviein situ et en temps réel en utilisant diversessondes structurales et analyti<strong>que</strong>s,en particulier des techni<strong>que</strong>s d’étudede la qualité des surfaces et de leurstransitions de phase par diffractionélectroni<strong>que</strong> en incidence rasante, LEED(pour Low e<strong>ne</strong>rgy electron diffraction) ouRHEED (pour Reflection high-e<strong>ne</strong>rgyelectron diffraction) et diverses méthodesspectroscopi<strong>que</strong>s (spectroscopied’électrons Auger, SIMS (spectrométriede masse d’ions secondaires), spectrométriede photoélectrons XPS parrayons X et UPS (Ultraviolet photoelectronspectroscopy).<strong>La</strong> techni<strong>que</strong> d’épitaxie par jets moléculairess’est étendue à d’autres semiconducteurs<strong>que</strong> les III-V, à des métauxet à des isolants, se développant avecles progrès des techni<strong>que</strong>s d’ultravide.Le vide régnant dans la chambre decroissance, dont la conception varieen fonction de la nature du matériauà déposer, doit en effet <strong>être</strong> meilleure<strong>que</strong> 10 -11 mbar pour permettre lacroissance d’un film de haute puretéet d’excellente qualité cristalli<strong>ne</strong> àdes températures de substrat relativementbasses. Il s’agit de qualité devide lors<strong>que</strong> le bâti est au repos. Pourla croissance d’arséniures, par exemple,le vide résiduel est de l’ordre de10 -8 mbar dès <strong>que</strong> la cellule d’arsenicest portée à sa température deconsig<strong>ne</strong> pour la croissance.Le pompage pour atteindre ces performancesfait appel à plusieurs techni<strong>que</strong>s(pompage ioni<strong>que</strong>, cryopompage,sublimation de tita<strong>ne</strong>, pompes àdiffusion ou turbomoléculaires). Lesprincipales impuretés (H 2 , H 2 O, CO etCO 2 ) peuvent présenter des pressionspartielles inférieures à 10 -13 mbar.