EVOLUTION MORPHOLOGIQUE DES NANOSTRUCTURES Si1-xGex PENDANT LA CROISSANCE PAR EJM

The heterostructures based on Silicium Germanium (SiGe) alloy are used in certain transistors since the end of the years '90. New very promising components for the nanoelectronics could be manufactured by using the quantum properties of low dimensionality objects containing SiGe. For that, the size and the organization of these objects must be controlled perfectly on a nanometric scale. The goal is to reach dots sizes of ~20 nm and a density ~1011/cm2. A simple and cheep way for the realization of such nanostructures is the natural self-organization of Ge quantum dots growth by Molecular Beam Epitaxy (MBE). Actually, the three problems which persist to carry out this type of structures are: 1) the interdiffusion between Ge and substrate; 2) the average size of the dots which is very inhomogenous and always higher than 70 nm; 3) the organization of the nanometric dots, impossible to realize on a large scale by local techniques. In this work we studied the Ge dots self-organization on vicinal Si substrates nanostructured by using a two stages process which consists of: i) substrate natural self-structuration and ii) Ge dots preferential nucleation on the created patterns. In the first three chapters we presented some bibliographical recalls on the growth mechanisms, self-organization, growth instabilities and Monte Carlo simulations. The theoretical and experimental results of this work, let us to evidence an implicit inverse Ehrlich-Schwoebel pseudo-barrier at the origin of the kinetic instability which develops during the homoepitaxy Si/Si(001). The scaling exponents describing the evolution of this instability were extracted from experiments and are in good agreement with the theory. Instabilities which appear during the SiGe/Si growth have complex origins dependent on a coupling of the stress and kinetics. In addition, we evidenced an important reduction of the elastic energy of a system including a Ge dot, a Ge wetting layer and a patterned Si substrate (where each pattern is represented by steps) when the pattern is constituted of three steps at least.Les hétérostructures à base d'alliage Silicium Germanium (SiGe) sont utilisées dans certains transistors depuis la fin des années '90. De nouveaux composants très prometteurs pour la nanoélectronique pourraient être fabriqués en utilisant les propriétés quantiques d'objets de basse dimensionalité à base de SiGe. Pour cela, la taille et l'organisation de ces objets doivent être parfaitement contrôlées à l'échelle nanométrique. Le but est d'atteindre des tailles d'îlots de ~20 nm et une densité ~1011/cm2. Une voie simple et peu coûteuse pour la réalisation de telles nanostructures est l'auto-organisation naturelle d'îlots quantiques de Ge par la croissance par épitaxie par jets moléculaires (EJM). Les trois problèmes qui persistent à l'heure actuelle pour réaliser ce type de structures sont : 1) l'interdiffusion entre le Ge et le substrat ; 2) la taille moyenne des îlots qui est très inhomogène et toujours supérieure à 70 nm; 3) l'organisation des îlots de taille nanométrique, impossible à réaliser à grande échelle par des techniques locales. Dans ce travail nous avons étudié l'auto-organisation d'îlots de Ge sur des substrats vicinaux de Si nanostructurés, en utilisant un processus à deux étapes qui consiste en : i) l'auto-structuration naturelle du substrat et ii) la nucléation préférentielle des îlots de Ge sur les motifs créés. Dans les trois premiers chapitres des rappels bibliographiques sur les mécanismes de croissance et d'auto-organisation, sur les instabilités de croissance et sur les simulations Monte Carlo sont présentés. Les résultats, à la fois théoriques et expérimentaux de ce travail, ont permis de mettre en évidence une pseudo-barrière Ehrlich-Schwoebel inverse implicite à l'origine de l'instabilité cinétique qui se développe durant l'homoépitaxie Si/Si(001). Les exposants critiques de l'évolution de cette instabilité ont été extraits expérimentalement et sont en bon accord avec la théorie. Les instabilités qui apparaissent durant la croissance SiGe/Si ont des origines complexes liées à un couplage de la contrainte et de la cinétique. Par ailleurs, nous avons mis en évidence une réduction importante de l'énergie élastique d'un système comprenant un îlot de Ge, une couche de mouillage de Ge et un substrat à motifs de Si (où chaque motif est représenté par des marches) lorsque le motif présente au moins trois marches