Missions

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Le contrôle du polytypisme cristallin (c'est-à-dire la différence dans la séquence d'empilement de la couche de construction) est une voie émergente pour modifier les propriétés des matériaux et créer de nouvelles fonctionnalités. La plupart des semi-conducteurs, comme le Si, le Ge et le GaAs, cristallisent dans la structure cubique (3C), mais ils peuvent également être stabilisés par un empilement polytypique à symétrie hexagonale (2H et 4H). Plus précisément, la réduction de la symétrie cristalline modifie fortement la structure des bandes électroniques. Elle s'avère être un moyen précieux d'ingénierie des bandes électroniques. En particulier, structures hexagonales 2H et 4H du Ge présentent une bande interdite directe et des capacités d'émission de lumière efficaces [1]. Ces matériaux promettent des fonctionnalités photoniques compatibles avec la technologie du silicium. Les points quantiques (QD) en hex-Ge seraient particulièrement bien adaptés aux sources de photons uniques.
Au mépris des considérations énergétiques cristallines, les phases métastables hexagonales peuvent être stabilisées en utilisant une cinétique de croissance bien adaptée[2]. Jusqu'à présent, la croissance contrôlée de GaAs métastable hexagonal n'a été réalisée qu'en utilisant la croissance vapeur-liquide-solide sous la forme de nanofils III-V. Récemment, nous avons réalisé une épitaxie disruptive de phases planaires de GaAs métastable hexagonal. Récemment, nous avons réalisé une épitaxie disruptive de couches planaires de GaAs hexagonal métastable. Cette avancée permet une caractérisation complète du GaAs hexagonal. En outre, cette couche mince de GaAs hexagonal est utilisée comme modèle pour l'intégration et la conception de Si(1-x)Gex hexagonal pour l'émission de lumière.
[1] E. Fadaly et al. Nature 2020, 580, 205-209 doi : 10.1038/s41586-020-2150-y
[2] L. Vincent et al, Adv. Materials Interfaces 9, 2102340 (2022)
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Des couches minces de GaAs avec la séquence d'empilement wurtzite (2H) et 4H sont déposées par hétéroépitaxie sur des substrats adéquats et orientés, en utilisant l'UHV-VPE. Le premier objectif est d'améliorer la qualité cristalline des couches en optimisant la préparation de la surface du substrat et les conditions de croissance. Le défi est de maintenir la structure hexagonale pendant la croissance avec une densité de défauts réduite. Une attention particulière sera accordée à la formation et à la nature des défauts d'empilement qui conduiraient le matériau à se transformer en structure cubique. La quantification du rendement de l'hexagonalité nécessitera des développements expérimentaux basés sur la corrélation croisée des caractérisations structurelles.
Ces couches hexagonales de GaAs seront entièrement caractérisées à l'aide de mesures électriques et optiques standard afin de réaliser une étude complète du potentiel de ce matériau. L'empilement hexagonal présente des caractéristiques anisotropes significatives, les films minces permettront d'explorer les propriétés non linéaires
En outre, notre objectif est de développer l'épitaxie de couches minces et de s boites quantiques de Si(1-x)Gex hexagonal avec des compositions et des tailles bien contrôlées pour démontrer l'amélioration de l'émission de lumière.

Activités

Le candidat sélectionné effectuera une recherche fondamentale de pointe dans le domaine de la science des matériaux en contribuant à.. :
- améliorer la qualité cristalline des couches minces métastables de GaAs (2H et 4H) avec UHV-VPE en optimisant les paramètres de croissance (préparation du substrat, température de croissance, flux de précurseurs) - caractérisations structurales pour identifier la nature des défauts, réduire leur densité, évaluer le rendement d'hexagonalité et étudier la stabilité des phases métastables
- étudier les propriétés électro-optiques avec diverses méthodes de caractérisation standard (ellipsométrie, photoluminescence, cathodoluminescence, électroluminescence, spectroscopie Raman, I(V), C(V), EBIC, effet hall...) pour évaluer l'indice de réfraction, la concentration de porteurs de charge, l'identification de défauts optiquement actifs... L'impact des défauts I3 sur les propriétés optiques est une question ouverte qui devrait être abordée. Des techniques complémentaires (absorption IR, SNOM) peuvent être mises en oeuvre, en collaboration avec nos partenaires du synchrotron SOLEIL.
- développent la croissance de Si(1-x)Gex sur un gabarit hexagonal de GaAs

Compétences

Profil et compétences requises
Nous recherchons des candidats titulaires d'un doctorat en physique, en chimie physique, en science des matériaux, en physique de l'état solide ou dans des domaines connexes, et intéressés par les nanotechnologies.
Le candidat doit avoir :
-expertise dans les croissance
- de solides connaissances en cristallographie et en défauts des cristaux, ainsi qu'un intérêt pour la croissance des
cristaux
- connaissance approfondie de la physique des semi-conducteurs
- capacité à travailler dans un environnement de salle blanche
- capacité à travailler en équipe et bonnes aptitudes à la communication
- niveau intermédiaire supérieur en anglais (minimum B2)

Contexte de travail

Le poste est à pourvoir au sein du groupe SEEDs du département Matériaux du Centre de nanosciences et de nanotechnologies. Visitez notre site web https://seeds.c2n.universite-paris-saclay.fr/en/research/
Le Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N- https://www.c2n.universite-paris-saclay.fr/en/) est une unité mixte de recherche entre le CNRS et l'Université Paris-Saclay qui développe des recherches dans le domaine de la science des matériaux, de la nanophotonique, de la nanoélectronique, des nanobiotechnologies et des microsystèmes, ainsi que des nanotechnologies. Le centre abrite lune des salles blanches de France dédiée aux procédés de micro et nanofabrication, à la croissance, à l'épitaxie et à la caractérisation
L'équipe SEEDs possède un savoir-faire de longue date dans la synthèse et la caractérisation des semi-conducteurs des groupes IV et III-V. Actuellement, nous étudions en particulier les différentes manières de synthétiser la phase hexagonale métastable de ces matériaux. Actuellement, nous étudions en particulier les différentes manières de synthétiser la phase hexagonale métastable de ces matériaux.
Parmi les équipements de croissance, notre groupe dispose d'un outil original utilisé pour la croissance épitaxiale de matériaux III-IV-V sous forme de structures semi-conductrices 2D et 3D, puits quantiques, points quantiques, nanofils... Il est entièrement compatible avec les substrats de 4" ou éventuellement de 8" et comprend deux chambres UHV-VPE alimentées en hydrures (silane, germane, digermane, diborane dilué et phosphine) ou en précurseurs organiques métalliques (TMGa, TBAs...), une troisième chambre est équipée de sondes d'analyse de surface, à savoir AES (spectroscopie d'électrons Auger) et XPS (spectroscopie de photoélectrons à rayons X). La technique RHEED est utilisée pour suivre la croissance épitaxiale en temps réel.


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

capacité à travailler en équipe et bonnes aptitudes à la communication