De nouveaux dispositifs sur silicium grâce à une combinaison de dépôts physique et chimique
Publié par Redbran le 30/01/2018 à 12:00
Source: CNRS INSIS
Des chercheurs de l'IES, en collaboration avec l'INL, ont réalisé des nanostructures d'oxydes ferroélectriques sur silicium en combinant l'épitaxie par jets moléculaires avec une méthode de dépôt chimique en phase aqueuse. Ces travaux, publiés en couverture dans la revue Small, ouvrent la voie à la réalisation de nouveaux dispositifs de capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la déviation d'une aiguille…. On...) et de mémoires.


© NanoChemLab
Reproduction d'une commutation mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui produit ou transmet...) d'états ferroélectriques et résistifs dans une couche nanostructurées semi-conducteur (Un semi-conducteur est un matériau qui a les caractéristiques électriques d'un isolant, mais pour lequel la probabilité qu'un électron puisse...) à base de batio3 sur silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.)

Les oxydes de type pérovskite, comme BaTiO3-δ, ont des propriétés électriques, optiques ou magnétiques intéressantes pour des applications technologiques. Mais la réalisation de structures sur silicium avec ces oxydes est difficile en raison des réactions qui se produisent à l'interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître de l’autre pour pouvoir fonctionner correctement.) des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.). Des chercheurs* de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for...) d'électronique et des systèmes (IES, CNRS/Université de Montpellier), et de l'Institut des nanotechnologies de Lyon (INL, CNRS/Centrale Lyon/INSA Lyon/Université Claude Bernard/CPE Lyon), ont trouvé une solution originale pour réaliser des nanostructures de pérovskites sur du silicium, en combinant une méthode physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et...) (épitaxie par jets moléculaires) avec un dépôt chimique au moyen d'une solution aqueuse.

Les nanostructures ont la forme d'une colonne constituée de trois couches empilées sur le silicium: BaTiO3-d / La0.7Sr0.3MnO3 / SrTiO3 / Si. La première couche, SrTiO3, est une couche tampon réalisée par épitaxie par jets moléculaires (MBE). C'est ensuite une méthode chimique, la centrifugation d'une solution aqueuse (spin coating), qui permet de réaliser la couche la plus complexe de La0.7Sr0.3MnO3. Cette couche est de qualité suffisante pour que l'on puisse alors faire croître la dernière couche - BaTiO3-d - à nouveau par MBE.

Les chercheurs ont pu montrer que ces hétérostructures pouvaient basculer d'un état de polarisation ( la polarisation des ondes électromagnétiques ; la polarisation dûe aux moments dipolaires dans les matériaux diélectriques ; En électronique, la polarisation est le fait d'appliquer une tension pour créer du...) ferroélectrique à l'autre (up/down), et, indépendamment, d'un état de résistance électrique haute à un état de résistance électrique basse. Ces transitions sont provoquées en appliquant une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles « force...) ou un champ électrique (Dans le cadre de l'électromagnétisme, le champ électrique est un objet physique qui permet de définir et éventuellement de mesurer en tout point de l'espace l'influence exercée à...), à l'aide de la pointe d'un microscope à force atomique (Le microscope à force atomique (ou AFM pour atomic force microscope) est un dérivé du microscope à effet tunnel (ou Scanning Tunneling Microscope, STM), qui peut servir à visualiser la topologie de la surface d'un échantillon ne...) (AFM). La combinaison (Une combinaison peut être :) de ces deux états bistables donne, en pratique, trois configurations (les états "polarisation up" et "résistance faible" ne pouvant être obtenus simultanément). Ce type de dispositif permettrait de créer des capteurs, et des systèmes de stockage de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.). L'équipe veut maintenant utiliser le même procédé pour réaliser des structures à base de ferrite de bismuth (Le bismuth est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole Bi et de numéro atomique 83.) (BiFeO3), un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de...) ferroélectrique, ferromagnétique et magnétoélectrique, déjà très étudié dans le but de créer de nouveaux dispositifs de mémoires.

Note:
*en collaboration avec l'ICMAB de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment où les...) Autonome de Barcelone (Barcelone (Barcelona en catalan et en castillan) est une commune de Catalogne - Espagne, située dans la province de Barcelone. Elle est la capitale historique, administrative et économique de...) (UAB) et le CICUS de l'université de Saint Jacques de Compostellez


Références publication:
Electric and Mechanical Switching of Ferroelectric and Resistive States in Semiconducting BaTiO3–δ Films on Silicon.
A. Gómez, J. M. Vila‐Fungueiriño, R. Moalla, G. Saint‐Girons, J. Gázquez, M. Varela, R. Bachelet, M. Gich, F. Rivadulla and A. Carretero‐Genevrier
Small (2017)
DOI: 10.1002/smll.201701614

Contact chercheur:
Adriàn Carretero-Genevrier - IES
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