– GIFAD

Il s'agit d'installer et de valider sur un bâti d'épitaxie par jet moléculaire (EJM), un démonstrateur de la technique GIFAD acronyme de « Grazing Incidence Fast Atom Diffraction ». Cette nouvelle technique découverte récemment au LCAM et brevetée par le cabinet FIST pour le CNRS et l'Université Paris-Sud peut être qualifiée d'«analyse RHEED (diffraction en incidence rasante d'électrons rapides) avec des atomes ». - - PROBLEMATIQUE, ETAT DE L'ART - - La croissance épitaxiale par jets moléculaires est devenue une méthode de référence pour la croissance de matériaux complexes (multicouches de semi-conducteurs, oxydes, matériaux organiques, etc.). La grande majorité des bâtis EJM est équipée d'un appareillage RHEED , l'image de diffraction permet de suivre en temps réel la croissance sur le substrat en fournissant des informations sur la structure cristalline du film et sur la vitesse de dépôt. - La réduction constante de la taille des composants conduit à réduire d'autant l'épaisseur des films qui les composent or les électrons utilisés en RHEED sondent 2 ou 3 couches proches de la surface. L'information obtenue est donc moyennée sur ces premières couches, rendant difficilement accessible l'étape essentielle que représente la toute première phase de la croissance. La diffraction de rayons-X auprès de machines à rayonnement synchrotron est aussi très utilisée pour la cristallographique des surfaces mais l'accès reste très limité et contraignant. - - La technique GIFAD utilise la diffraction d'atomes légers, typiquement d'hélium, d'énergie proche du keV. Envoyés sous incidence rasante, ces derniers sont réfléchis, par le potentiel d'interaction, à quelques Å au-dessus de la première couche atomique. - D'un point de vue géométrique, l'approche GIFAD est identique au RHEED ; ainsi l'ensemble du profil de diffraction est collecté par un détecteur situé vers l'avant. Comparée au clichés RHEED (issus d'un régime de diffraction dynamique), l'information donnée par GIFAD est bien plus simple à interpréter. En plus des données cristallographiques, elle renseigne sur le profil de densité électronique en surface. - - OBJECTIF DU PROJET - - L'objectif de ce projet est double : valider cette nouvelle technique dans des conditions proches de celles des laboratoires de recherche et industriels et explorer les limites ultimes de résolution de cette technique. Il s'agit de construire un démonstrateur « haute cadence » de la technique GIFAD et de l'installer sur un bâti d'épitaxie. - Cette étape comporte un certain nombre de défis technologiques qu'il faudra résoudre : - - Le dispositif actuel nous limite à moins d'une image (interférogramme) par minute. L'objectif est d'atteindre au moins une image par seconde, à la fois en augmentant les performances du faisceau et du détecteur mais aussi en améliorant la réduction et à l'analyse des données en temps réel. - - Tirer parti de la présence d'un faisceau brillant pour mettre au point une analyse chimique des ad-atomes de surface par spectroscopie de temps de vol sur les atomes/ions rétro-diffusés en cours de croissance. - - Développer les méthodes théoriques qui permettront de comprendre et d'utiliser au mieux les effets spécifiques à cette technique d'analyse. - - - ORGANISATION - L'équipe du LCAM fera évoluer son dispositif pour en explorer les limites et pour parvenir au prototype compact qui équipera le bâti d'épitaxie spécialement conçu par l'INSP. - L'équipe de l'INSP sera responsable de la validation de la technique GIFAD sur ce bâti dédié à la croissance de composés hybrides pour l'électronique de spin dans un contexte scientifique plus large validé par la structure « C-Nano île de France » qui participe à son financement. - Les premières expériences devraient débuter environ 18 mois suivant le démarrage du projet. - Après cette période, deux dispositifs complémentaires spécialisés respectivement sur le temps réel (INSP) ou la haute résolution (LCAM) seront opérationn