Corrélation multi-échelle entre les propriétés structurales et ferroélectriques de l'alliage ScAlN – BE-SAFE

Cent an après sa découverte la ferroélectricité a permis des développements technologiques avec notamment la réalisation de mémoires basée sur des transistors ferroélectriques à effet de champ (FeFET). Néanmoins, le potentiel des dispositifs ferroélectriques est aujourd’hui loin d'être pleinement exploité en raison de problèmes de stabilité, de complexité d’élaboration, et de dimensions critiques incompatibles avec leur intégration. Observées pour la première fois en 2019, les propriétés ferroélectriques de l’alliage ScAlN sont assez singulières avec notamment un champ coercitif important et une polarisation rémanente record. Même pour des couches très fines, ce comportement ferroélectrique devrait être conservé, résolvant ainsi les problèmes de stabilité et de réduction d’échelle. L’objectif du projet BE-SAFE est de faire la passerelle entre l’élaboration de ce nouvel alliage ferroélectrique et son intégration dans la filière électronique GaN. L'élaboration par épitaxie sous jets moléculaires offre l’avantage de produire un alliage présentant une très faible densité de défauts tout en permettant un ajustement très précis de ses paramètres (épaisseur, composition, dopage, état de contrainte,..). Les propriétés ferroélectriques seront systématiquement corrélées aux propriétés structurales via des mesures par microscopie électronique en transmission en haute-résolution et par diffraction de rayons X dans un synchrotron offrant toutes deux la possibilité d’appliquer un champ électrique in-situ. La tomographie par sonde atomique sera également poussée à ses limites en étudiant l’influence des changements de polarité sur la distribution atomique. C’est donc une opportunité de réaliser une étude du comportement ferroélectrique à l’échelle atomique permettant une optimisation de l’alliage ScAlN sans précédent. Les performances d'un Fe-HEMT (HEMT pour High Electron Mobility Transistor) à base de cet alliage ScAlN seront alors évaluées, et comparées à l'état de l'art.