La nanoélectronique ne peut être que quantique - CEA

CL’épitaxie par jets moléculairesLa fabrication des puits quantiquesutilise la technique d’épitaxie (dugrec taxi (ordre) et epi (dessus) par jetsmoléculaires (en anglais MBE, pourMolecular Beam Epitaxy). Le principe decette technique de dépôt physique,développée initialement pour la croissancecristalline des semi-conducteursde la famille III-V, est fondé sur l’évaporationdes différents constituantspurs du matériau à élaborer dans uneenceinte où est maintenu un vide poussé(pression pouvant être de l’ordre de5·10 -11 mbar) afin d’éviter toute pollutionde la surface. Un ou des jets thermiquesd’atomes ou de moléculesréagissent sur la surface propre d’unsubstrat monocristallin, placé sur unsupport maintenu à haute température(quelques centaines de °C), qui sert detrame pour former un film dit épitaxique.Il est ainsi possible de fabriquerdes empilements de couches aussifines que le millionième de millimètre,c’est-à-dire composées de seulementquelques plans d’atomes.Les éléments sont évaporés ou sublimésà partir d’une source de hautepureté, placée dans une cellule à effusion(chambre dans laquelle un fluxmoléculaire passe d’une région oùrègne une pression donnée à une régionde plus basse pression) chauffée pareffet Joule.La croissance du film peut être suiviein situ et en temps réel en utilisant diversessondes structurales et analytiques,en particulier des techniques d’étudede la qualité des surfaces et de leurstransitions de phase par diffractionélectronique en incidence rasante, LEED(pour Low energy electron diffraction) ouRHEED (pour Reflection high-energyelectron diffraction) et diverses méthodesspectroscopiques (spectroscopied’électrons Auger, SIMS (spectrométriede masse d’ions secondaires), spectrométriede photoélectrons XPS parrayons X et UPS (Ultraviolet photoelectronspectroscopy).La technique d’épitaxie par jets moléculairess’est étendue à d’autres semiconducteursque les III-V, à des métauxet à des isolants, se développant avecles progrès des techniques d’ultravide.Le vide régnant dans la chambre decroissance, dont la conception varieen fonction de la nature du matériauà déposer, doit en effet être meilleureque 10 -11 mbar pour permettre lacroissance d’un film de haute puretéet d’excellente qualité cristalline àdes températures de substrat relativementbasses. Il s’agit de qualité devide lorsque le bâti est au repos. Pourla croissance d’arséniures, par exemple,le vide résiduel est de l’ordre de10 -8 mbar dès que la cellule d’arsenicest portée à sa température deconsigne pour la croissance.Le pompage pour atteindre ces performancesfait appel à plusieurs techniques(pompage ionique, cryopompage,sublimation de titane, pompes àdiffusion ou turbomoléculaires). Lesprincipales impuretés (H 2 , H 2 O, CO etCO 2 ) peuvent présenter des pressionspartielles inférieures à 10 -13 mbar.