Postdoc : Propriétés électroniques et de transport des frontières d’antiphase dans les semiconducteurs III-V – Université de Rennes – CNRS

Description du projet : L’intégration monolithique de semi-conducteurs III-V sur un substrat de silicium à faible coût a suscité de nombreuses recherches fondamentales et appliquées au cours des 40 dernières années. En effet, la combinaison épitaxiale des matériaux III-V et Si ouvre de nombreuses possibilités, par exemple pour la détection et les lasers [1], la production d’énergie via des cellules solaires photovoltaïques [2] ou le stockage d’énergie via la production solaire d’hydrogène [3], [4] pour n’en citer que quelques-uns. peu. De grandes entreprises, comme Intel, pensent désormais que cette technologie pourrait devenir une technologie courante si les propriétés des matériaux étaient finalement contrôlées.

Au cœur des problèmes de croissance hétérogène des cristaux III-V/Si se trouve l’apparition de certains « défauts » cristallins, générés à l’interface III-V/Si et se propageant dans tout le volume, historiquement considérés comme préjudiciables aux applications photoniques ou photovoltaïques. Premièrement, les dislocations inadaptées bien connues proviennent de la disparité des paramètres de réseau entre la couche III-V et le substrat en Si. Deuxièmement, les limites d’antiphase (APB) sont générées par le changement de symétrie cristalline au niveau de l’hétéro-interface III-V/Si. Pour une description des luxations et des APB, voir par exemple la réf.[5]. En présentant brièvement les APB, deux variantes différentes de cristaux III-V Zinc-Blende peuvent être cultivées sur la structure Si Diamond, créant des liaisons homovalentes locales III-III et VV à l’intérieur de la matrice hétérovalente III-V, conduisant à une accumulation de charges locale et à un courant électrique latéral environnant. des champs.Depuis les années 80, une large littérature a été consacrée à la compréhension de leur origine et aux stratégies permettant de limiter leur impact sur les dispositifs photoniques et énergétiques[6] . Mais étonnamment, seules quelques étudesaxés sur leurs propriétés physiques.

Récemment, des propriétés physiques remarquables des APB ont été établies expérimentalement et théoriquement par nos groupes. La signature d’un fort couplage électron-phonon au niveau APB a par exemple été observée dans les spectres de photoluminescence des couches III-V avec APBS en raison de l’efficacité simultanée de la charge et du confinement des phonons dans les APB [7]. En outre, la structure de bande des APB calculée par la théorie fonctionnelle de la densité a également révélé des états semi-métalliques exotiques avec des effets topologiques possibles pour des géométries APB spécifiques [8]. Enfin, il a également été observé que les APB transportaient efficacement les électrons et les trous verticalement à travers une photoélectrode III-V/Si non dopée pour la production d’hydrogène [8]. Ces résultats préliminaires nous ont amenés à reconsidérer les APB non plus comme des défauts structurels rédhibitoires mais comme des nanostructures 2D aux propriétés physiques intrinsèques potentiellement prometteuses.

Dans ce cadre, le postdoc recruté rejoindra le projet collaboratif PIANIST ANR [9] pour étudier les propriétés électroniques et de transport des APB dans les épicouches III-V/Si(001). Divers matériaux III-V (III-P, III-Sb, III-As) avec des APB émergents cultivés sur des substrats de silicium nominaux et vicinaux par épitaxie par jet moléculaire dans le consortium PIANIST seront considérés. Elle/Il préparera des membranes autosupportées III-V par amincissement et gravure de substrats Si qui seront reportées sur des substrats isolants ou métalliques et mises en contact pour sonder les propriétés de transport vertical ou latéral des réseaux APB. Il étudiera ensuite les propriétés électriques des APB dans différentes géométries (2 mesures de sonde pour le transport vertical, 4 mesures de sonde à orientation variable dans le plan pour le transport latéral, TLM, effet Hall…) et à différentes échelles. L’objectif ultime sera de traiter un nombre réduit d’APB ayant une orientation cristallographique spécifique. Des simulations 3D par éléments finis des propriétés de transport seront également envisagées pour l’interprétation des caractérisations électriques. Le postdoc recruté bénéficiera de l’accès à la plateforme de fabrication de micro-nano de pointe NanoRennes (qui fait partie du réseau français Renatech+) hébergée dans iFOTON et au laboratoire de caractérisation électrique d’IPR.

[1] S. Chen et al. , Nature Photonique 10 , 307 (2016).

[2] M. Feifel et al. , Journal IEEE du photovoltaïque 8 , 1 (2018).

[3] I. Lucci et coll. , Matériaux fonctionnels avancés 28 , 1801585 (2018).

[4] M. Alqahtani et al. , Énergie et carburants durables 3 , 1720 (2019).

[5] C. Cornet, Y. Léger, et C. Robert, Lasers intégrés sur silicium. ISTE-Elsevier, 2016.

[6] H. Kroemer, Journal of Crystal Growth 81 , 193 (1987).

[7] L. Chen et coll. , ACS Nano 14 , 13127 (2020).

[8] L. Chen et coll. , Sciences avancées 9 , 2101661 (2022).

[9] https://anr.fr/Projet-ANR-21-CE09-0020

Vos qualifications : Nous recherchons un scientifique hautement motivé, qualifié et autonome intéressé par les processus technologiques et les propriétés de transport des hétérostructures à base de semi-conducteurs. Les candidats doivent avoir une expertise démontrée dans le traitement des dispositifs semi-conducteurs en salle blanche et dans leurs caractérisations électriques. Un excellent anglais parlé et écrit est obligatoire.

Conditions d’engagement : Nous proposons un engagement d’un an selon la grille salariale de l’Université de Rennes. Le salaire dépend de l’expérience. Le postdoc recruté partagera son temps entre l’Institut FOTON (traitement des échantillons) et l’IPR (mesures électriques). Les deux laboratoires sont situés sur le Campus Beaulieu de l’Université de Rennes.

Processus de candidature : Pour postuler, veuillez contacter le Pr. Pascal Turban (IPR, pascal.turban@univ-rennes.fr ). Votre candidature doit inclure un CV détaillé avec une description des intérêts de recherche, des emplois antérieurs, une liste de publications et les coordonnées d’au moins deux personnes de référence.

Le poste est ouvert immédiatement. Les candidatures sont ouvertes jusqu’à ce que le poste soit pourvu.