L’épitaxie étant un processus de reproduction d’une structure cristalline, les matériaux ont traditionnellement été classés par grandes familles en fonction du substrat utilisé. De nombreuses recherches visent à présent à lever certaines limitations en termes de choix de matériaux et / ou de substrats donnant lieu au développement de l’hétéro-épitaxie. Pour réaliser des hétérostructures de qualité compatible avec la fabrication de composants, il est indispensable de développer de nouvelles stratégies de croissance ou de mitigation des effets indésirables introduits par les défauts générés par les différences de structure cristalline (symétrie, polarité, paramètres de maille…). L’intégration monolithique de semiconducteurs III-V sur substrats de Silicium est un très bon exemple de domaine ayant reçu beaucoup d’attention dernièrement en raison des applications potentielles pour les télécommunications, la réalisation de capteurs, de circuits de toutes sortes… Les défis soulevés par ce type de croissance sont parfaitement connus : désaccord de paramètre de maille important (sauf avec GaP), différence de polarité, fort désaccord de coefficient de dilatation thermique, forte énergie d’interface entre Si et III-V, etc. Chacun de ces éléments donne généralement lieu à la formation de défauts tels que des dislocations, des fissures, des parois d’antiphase, ou bien encore des macles. Malgré de nombreuses avancées réalisées ces dernières années, ce type de croissance reste un défi.
Un autre exemple concerne la croissance cristalline des oxydes fonctionnels sur Si. Ces oxydes, et particulièrement ceux de la famille des pérovskites, présentent une large gamme de propriétés physiques (ferromagnétisme, ferroélectricité, piézoélectricité, etc.) qui ouvrent la voie à des applications variées. Ils sont couramment épitaxiés sur des substrats de SrTiO3 ou de LaAlO3, dont la taille limitée et la qualité structurale médiocre est incompatible avec les contraintes industrielles. La possibilité de faire croître du SrTiO3 sur Si a été démontrée expérimentalement, et ce malgré un désaccord paramétrique proche de 2% et une forte réactivité chimique d’interface. Ceci a motivé de nombreuses recherches à l’échelle internationale visant à intégrer des oxydes fonctionnels sur silicium. Dans la famille des pérovskites, des procédés d’épitaxie par jets moléculaires ont été développés pour faire croître du SrTiO3 et des alliages (Ba,Sr)TiO3 et (Ba,Sr)HfO3 sur Si, Ge et GaAs. Des bixbyites telles que Pr2O3, Y2O3 et Gd2O3 peuvent également être épitaxiées sur Si, ainsi que la spinelle Al2O3. L’hétéro-épitaxie de ces oxydes ouvre la voie à la combinaison sous forme d’hétérostructures monocristallines « multifonctionnelles » de semiconducteurs et d’oxydes.
Le but de cet axe est de permettre les échanges entre les différentes communautés s’intéressant à différents matériaux, afin de cibler les mécanismes universels et les mécanismes particuliers, et de permettre un échange d’expérience sur les connaissances et techniques établies ou en développement.
CRHEA, Valbonne
CRISMAT, Caen
IES, Montpellier
INL, Lyon