L'objet de cette thèse est de développer un nouvel outil de caractérisation de la matière à l'échelle nanométrique. Nous nous basons sur une approche originale qui consiste à utiliser le son, dans le domaine THz, comme sonde de nanostructures. Les phonons acoustiques impliqués dans le processus de diffusion Raman-Brillouin (RB) sont générés et détectés dans une couche ultrafine semi-conductrice jouant le rôle de sonde intégrée. Il s'agit d'une diffusion inélastique de la lumière qui résulte des interactions électron-photon et électron-phonon. La sonde est sensible aux paramètres structuraux (épaisseurs) et aux propriétés physiques (indice optique, densité et vitesse du son) des couches qui l'environnent.
Nous mettons en œuvre des expériences de spectrométrie RB. Une bonne compréhension et interprétation de ces données expérimentales nécessite une comparaison avec la simulation. Afin de réaliser un développement de l'outil, nous avons mis en place une stratégie où la microscopie électronique en transmission joue un rôle primordial. Elle permet de sonder localement l'organisation structurale et chimique de la matière.
Nous nous sommes intéressés à des systèmes constitués d'empilements de couches d'épaisseurs nanométriques. La haute sensibilité de la réponse de la sonde intégrée aux propriétés des couches environnantes ainsi qu'aux paramètres structuraux allant jusqu'à l'échelle sub-nanométrique est mise en évidence. Le concept de sonde intégrée a été mis en œuvre pour deux systèmes : alumine/silicium et oxyde de germanium/germanium.
Avec le premier système modèle, nous avons démontré, par comparaison systématique entre les données RB expérimentales et simulées, que nous pouvons déterminer la vitesse du son dans une couche d'alumine d'épaisseur nanométrique.
Dans le second système d'intérêt technologique notamment microélectronique, nous avons vérifié la présence d'une couche ultramince à l'interface entre le germanium et son oxyde natif dont nous avons déterminé l'épaisseur. Par ailleurs, nous avons pu différencier les cinétiques de la ré-oxydation de la surface du Ge après traitement par eau déionisé et par acide fluorhydrique bien que le mécanisme (la consommation en Ge) soit le même.
Cette contribution démontre alors l'intérêt de cet outil pour la détermination de propriétés physiques de couches d'épaisseur nanométrique. Il permet en particulier d'aborder de façon pertinente les problématiques liées aux surfaces et interfaces. |
L'objet de cette thèse est de développer un nouvel outil de caractérisation de la matière à l'échelle nanométrique. Nous nous basons sur une approche originale qui consiste à utiliser le son, dans le domaine THz, comme sonde de nanostructures. Les phonons acoustiques impliqués dans le processus de diffusion Raman-Brillouin (RB) sont générés et détectés dans une couche ultrafine semi-conductrice jouant le rôle de sonde intégrée. Il s'agit d'une diffusion inélastique de la lumière qui résulte des interactions électron-photon et électron-phonon. La sonde est sensible aux paramètres structuraux (épaisseurs) et aux propriétés physiques (indice optique, densité et vitesse du son) des couches qui l'environnent.
Nous mettons en œuvre des expériences de spectrométrie RB. Une bonne compréhension et interprétation de ces données expérimentales nécessite une comparaison avec la simulation. Afin de réaliser un développement de l'outil, nous avons mis en place une stratégie où la microscopie électronique en transmission joue un rôle primordial. Elle permet de sonder localement l'organisation structurale et chimique de la matière.
Nous nous sommes intéressés à des systèmes constitués d'empilements de couches d'épaisseurs nanométriques. La haute sensibilité de la réponse de la sonde intégrée aux propriétés des couches environnantes ainsi qu'aux paramètres structuraux allant jusqu'à l'échelle sub-nanométrique est mise en évidence. Le concept de sonde intégrée a été mis en œuvre pour deux systèmes : alumine/silicium et oxyde de germanium/germanium.
Avec le premier système modèle, nous avons démontré, par comparaison systématique entre les données RB expérimentales et simulées, que nous pouvons déterminer la vitesse du son dans une couche d'alumine d'épaisseur nanométrique.
Dans le second système d'intérêt technologique notamment microélectronique, nous avons vérifié la présence d'une couche ultramince à l'interface entre le germanium et son oxyde natif dont nous avons déterminé l'épaisseur. Par ailleurs, nous avons pu différencier les cinétiques de la ré-oxydation de la surface du Ge après traitement par eau déionisé et par acide fluorhydrique bien que le mécanisme (la consommation en Ge) soit le même.
Cette contribution démontre alors l'intérêt de cet outil pour la détermination de propriétés physiques de couches d'épaisseur nanométrique. Il permet en particulier d'aborder de façon pertinente les problématiques liées aux surfaces et interfaces. |