Missions

Contexte du projet et de l’offre :
L’Atomic Layer Etching-ALE est un procédé cyclique visant au contrôle de la gravure à l’échelle nanométrique ou de la monocouche atomique. Ce type de procédé est prometteur en matière de contrôle dimensionnel et de non endommagement du matériau sous-jacent, il est d’un intérêt majeur en micro et nano fabrication : microélectronique, photonique, optoélectronique...

Le projet Lo-PALEOS vise à développer une approche "locale" pour caractériser les procédés de gravure plasma contrôlés à l’échelle de la couche atomique (ALE). Les objectifs sont de développer une méthodologie, s'appuyant sur des diagnostics in situ du plasma et des surfaces exposées, afin de:
• Etudier les différents mécanismes impliqués aux étapes de modification et d'activation à tout " nième " cycle du procédé ALE du plasma.
• Obtenir des informations quantitatives sur le plasma (espèces présentes, flux, énergie d'accélération), les probabilités de réaction entre les espèces présentes et la surface (collage, désorption activée thermiquement, diffusion de surface, pulvérisation).
• Comprendre l'impact des paramètres du plasma (nature, flux, temps d'exposition, énergie des espèces du plasma, ou température de la surface), pouvant être contrôlés par variations de paramètres expérimentaux (pression, débits, puissances, temps) sur les étapes de modification et d'activation (évolution dynamique de la surface, composition structurale et chimique, taux de gravure et sous-produits de gravure, etc.)

Cette approche "locale" sera développée pour la gravure de β-Ga2O3 ; un semi-conducteur à large bande interdite qui attire l'attention pour ses applications dans le domaine de l'électronique de puissance et de l'optoélectronique. Dans le cadre de ce projet, nous proposons d'étudier par l'approche « locale » différentes chimies plasma pour le développement de procédés ALE plasma afin d'obtenir :
• Des surfaces planaires conservant la stœchiométrie pré-gravure.
• Des surfaces planes gravées sans ou avec peu de défauts morphologiques
• Des flancs gravés de faible rugosité
• Des procédés ALE pour β-Ga2O3 optimisés en fonction de la direction cristallographique ([010] ou ou [-201]).

Activités

La personne recrutée aura pour objectifs d’identifier des chimies de plasma permettant de graver l’oxyde de gallium en procédé ALE, d’identifier les interactions plasma-surface lors des étapes de modification et de retrait d’un cycle ALE en relation avec les propriétés des plasmas à ces étapes et d’étudier l’évolution de ces mécanismes en fonction des paramètres machines du réacteur ICP Alcatel et lors de la répétition des cycles du procédé ALE.

L’étude des caractéristiques physico-chimiques des plasmas s’effectuera par le biais de diagnostics in situ. Les techniques employées seront la spectroscopie d’émission optique, la sonde de Langmuir et la spectrométrie de masse. La personne recrutée participera à la mise en place et à la qualification d’une sonde Retarding Field Energy Analyser (RFEA). Il/Elle utilisera cet outil pour suivre la distribution de l’énergie des ions en direction de la surface aux différentes étapes du cycles ALE et lors de la répétition des cycles. En complément des mesures sur sonde RFEA, des études sur sonde de type VI seront possibles pour une mesure directe des flux ions en surface. La personne recrutée caractérisera les propriétés physico-chimiques des plasmas en fonctions des paramètres machines : pression, temps, débits des gaz et puissances source et de polarisation du réacteur ICP.

La personne recrutée caractérisera la physicochimie de la surface des échantillons à l’issue des étapes de modification et de retrait à différents cycles du procédé de gravure ALE par spectrométrie de photoélectrons (XPS) quasi in situ et en ellipsométrie in situ. Des caractérisations de la morphologie des surfaces gravées seront entreprises par Microscopie à Force Atomique (AFM) et Microscopie Electronique en Balayage (MEB). Il/elle estimera la profondeur gravée par cycle de procédé ALE par ellipsométrie in situ, par MEB ou encore profilométrie (cas de substrats avec masques de gravure dures).
Le(la) candidat(e) devra interpréter les résultats expérimentaux et les mettre en relief par rapport aux travaux de la littérature. Il/Elle sera chargé(e) d’écrire des articles scientifiques et de communiquer les résultats dans des congrès nationaux et internationaux (posters et communications orales).

Compétences

- Connaissances en physique des plasmas
- Connaissances en diagnostic plasma ou en spectroscopie atomique
- Compétences en science des matériaux (physique et chimie).
- Caractérisation de surface et couches minces (XPS) - appréciée.
- Intérêt fort pour le travail expérimental.
- Esprit d'initiative et de rigueur scientifique
- Maitrise de l'anglais écrit et oral.
- Savoir communiquer et valoriser la recherche (participation à des congrès, posters de présentation, présentations orales, rédaction d'articles scientifiques).
-Savoir travailler en équipe et en mode projet.

Contexte de travail

Le sujet proposé est soutenu et financé par l’initiative NExT de la région Pays de la Loire dans le cadre du projet Lo-PALEOS (« Local Approach for Plasma Atomic Layer Etching of Oxyde Semi-conductors »). Des moyens financiers pour le déplacement en conférence en France et à l’international sont prévus. Des moyens financiers pour l’achat de substrats Ga2O3 et de la sonde RFEA sont aussi prévus.

L'IMN est une unité mixte de recherche Nantes Université-CNRS qui rassemble aujourd'hui plus de 130 chercheurs (chimistes, physiciens, ingénieurs des matériaux du CNRS et de l'Université de Nantes), personnels administratifs et techniques, et 90 contractuels pour la recherche. Le projet proposé se déroulera au sein de l'équipe Plasmas et couches minces, qui mène des recherches sur le développement de procédés plasmas froids (https://www.cnrs-imn.fr/index.php/presentation-de-l-equipe-pcm ).
Les réacteurs de gravure plasma froids, la spectroscopie d’émission optique, la sonde de Langmuir, la spectrométrie de masse, la sonde RFEA et l’XPS sont disponibles au sein de l’équipe PCM, équipe de rattachement du candidat.
Concernant les autres outils de caractérisations (profilomètre et microscopes), ces derniers sont accessibles par la plateforme de mutualisation PLASMAT des équipements communs de l’IMN.


Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

Contraintes et risques
- Risque lié aux produits (chimiques), aux émissions (gaz, particules)
- Risque et nuisances liés au bruit
- Risque lié à l’électricité (hautes intensités, hautes tensions…)
- Risque lié aux rayonnements (ionisants ou non, rayonnement électromagnétique, laser, ultraviolet…)
Un équipement de protection individuel (casque anti-bruit, masque avec filtre) sont mis à disposition des personnes. Une information est donnée concernant les risques chimiques, électriques et liés aux rayonnements.
Des déplacements en France ou à l’international sont à prévoir dans le cadre de la participation à des conférences (communications orales et sous formes de postes).