Note publique d'information : Ce travail de thèse évalue les potentialités du Silicium Poreux (SiP) nanostructuré
comme substrat générateur de contraintes mécaniques pour modifier le paramètre de
maille d’une fine couche de semiconducteur IV-IV (Si ou SiGe) qui lui est associée.
Le but est soit d’ajuster les propriétés optoélectroniques de la couche en la contraignant,
soit d’accorder son paramètre de maille à celui d’un autre matériau (Si1-xGex, Ge
ou GaAs). Utilisée comme couche germe pour une reprise d’épitaxie, cette couche mince
peut permettre l’obtention d’un matériau de bonne qualité cristalline. L’hétérostructure
(couche mince) / (Si poreux) constitue ainsi un « pseudosubstrat accordable en paramètre
de maille » fabriqué à partir d’un substrat peu onéreux, le Si Poreux. La mise au
point d’une nouvelle technique dite de la “double plaque” a permis de franchir un
verrou technologique majeur et d’obtenir des couches de semiconducteur IV-IV (Si ou
SiGe), sans défauts structuraux, ultrafines et d’épaisseur rigoureusement constante
(~50 nm), de grandes dimensions latérales (2"), et présentant une surface peu rugueuse
et exempte de toute pollution. Cette couche ultrafine est facilement manipulable et
sa dimension latérale n’est limitée que par les dimensions de la cellule d’anodisation
utilisée. L’oxydation thermique à basse température du substrat de Si mésoporeux induit
son expansion volumique et permet la déformation contrôlée des couches de Si et de
SiGe. Le contrôle des paramètres du procédé permet d’atteindre des déformations importantes,
excédant 1%, tout en évitant la formation des défauts structuraux. Cette technique
a permis de rapprocher le paramètre de maille dans le plan du film de celui du Ge
et du GaAs et donc de faire un pas en direction de leur intégration sur silicium.
Note publique d'information : This work assesses the potentiality of Porous Silicon (PS) as a mechanical straining
substrate for modifying the lattice parameter of IV-IV semiconductor thin films (Si
or SiGe). The aim is either to tune the optoelectronic properties of the thin film,
or to adapt the film lattice parameter to that of other materials like SiGe, Ge, or
GaAs. Such a film can be used as a seed layer for the heteroepitaxial growth of lattice
mismatched materials such as SiGe, Ge or GaAs on silicon with a high crystalline quality.
In short, the (thin film) / (porous silicon) heterostructure constitutes a « lattice
tunable virtual substrate » obtained from a low cost substrate, viz, the porous silicon.
The development of a “two wafers technique” has been a true breakthrough as it made
it possible to obtain a IV-IV semiconductor film as thin as 50 nm, with large lateral
dimension (2"), strictly constant thickness, exempt of structural defects and with
a perfectly smooth and clean surface. Moreover, this ultra-thin film can be easily
handled and its lateral dimension is only dependant on the diameter of the anodization
cell. Low temperature thermal oxidation of the bulk porous Si substrate induces its
volume expansion, which leads to a straining of the thin film on top. The control
of oxidation parameters allows obtaining highly strained (above 1%) films without
any structural defects. The technique makes the film lattice in-plane parameter closer
to that of Ge or GaAs, which is a step forward toward their integration on silicon.
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