Nanofils semiconducteurs : vers des objets magnétiques ultimes, mécanismes de croissance
Marta Orrù
INAC/PHELIQS/NPSC
Mardi 26/09/2017, 14h00-15h00
Bât. K, Salle R. Lemaire (K223), Institut Néel

ATTENTION : en raison de la mise en application avancée du plan Vigipirate, toutes les personnes qui ne possèdent pas de badge CNRS doivent se signaler auprès de nous au plus tard 24 heures à l'avance, afin d’ajouter leur nom à la liste des personnes autorisées à entrer sur le site.

La nanospintronique basée sur les semi-conducteurs implique la combinaison des fonctions nanoélectroniques et magnétiques au sein d’une nanostructure unique. Une méthode intéressante consiste en la préparation d’un semi-conducteur magnétique dilué (DMS), dans lequel le ferromagnétisme induit par les trous est obtenu par le dopage de type P. Les DMS II-VI permettent de contrôler séparément les porteurs et la concentration du Mn, puisque les ions de Mn ne sont pas des dopants électriques. Les nanofils (NW) de semi-conducteurs II-VI représentent un système modèle permettant de concevoir la fonction d’onde et la déformation au sein d’hétérostructures parfaitement contrôlées et contenant les impuretés magnétiques. Ceci nécessite une croissance optimale d’hétérostructures dans la géométrie des nanofils et un contrôle précis du niveau du dopant, ce qui constitue une des difficultés majeures dans l’état actuel des recherches.

Dans ce contexte, mon travail de Thèse s’est focalisé sur trois principaux axes de recherche : la croissance par épitaxie par jets moléculaires de nanofils de ZnTe catalysés par nanoparticules d’Au, la maîtrise du rapport de forme des boites quantiques de CdTe insérées dans les fils de ZnTe, et le dopage azote des fils de ZnTe.

 

ATTENTION: Vigipirate being applied, people who would like to attend this defence and have no CNRS badge should contact us at least 24 hours before the defense, in order to appear on the list of people allowed to enter the site.

 

In this context, my PhD project has been devoted to three main investigation axis: the growth by molecular beam epitaxy (MBE) of Au-catalyzed ZnTe NWs, the control of the aspect ratio of CdTe quantum dots (QDs) embedded in ZnTe NWs, and the nitrogen doping of ZnTe NW.

 

Concerning the growth of ZnTe NWs, the problem of an incubation time different from NW to NW has been studied using a marker technique. A new method involving the preparation of Au catalyst under Zn flux has been demonstrate to efficiently suppress differences in the incubation times, reducing the length dispersion in the same sample from a factor of 10 to 2 and giving a yield of vertical NWs of 80% instead of 20%.

Complementary XRD experiments gave further information about the relative orientation between the Au catalysts and the ZnTe(111)B growth substrate.

The aspect ratio of CdTe QDs is an important way to control the QD ground state (between light hole and heavy hole). This can be achieved by changing the growth time of the QDs, but requires (1) the suppression of the lateral growth (giving parasitic QDs) and (2) reproducibility from a sample to another which relies on a precise control of the growth temperature within 10°C. This was demonstrated in our growth conditions with a coupled study of growth of multi-QD-NW CdTe-ZnTe heterostructures and TEM and EDX characterization.

Then the results of the growth by molecular beam epitaxy and characterization of nitrogen doped ZnTe/ZnTe:N core/shell NWs will be presented. Single NW based field effect transistor were realized by electron beam lithography for electrical characterization. We were able to obtain ZnTe/ZnTe:N core/shell NWs showing a p-type carrier density of 6 ×1018 holes/cm3 at room temperature, of the same order as the Mott critical density in ZnTe.

Contact : Michel BENINI

 

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