La diffraction d’atomes rapides pour le suivi temps réel de l'épitaxie par jets moléculaires – GIFAD-II

L’épitaxie par jets moléculaires (EJM) est la méthode de choix pour élaborer des composants de haute performance destinés la microélectronique et l’optoélectronique. Son succès doit beaucoup à l’outil d’analyse en temps réel, la diffraction d’électrons de haute énergie (RHEED). Le RHEED comporte pourtant plusieurs défauts, parfois antinomiques avec les spécifications imposées pour les nouveaux matériaux comme les isolants, les semi-conducteurs à grands gaps et les couches organiques, très sensibles à l’irradiation électronique.
En 2003, l'équipe de l'ISMO a investigué la diffraction d'atomes neutres rapides sur les surfaces alors que la communauté scientifique utilise habituellement des électrons. Cette démarche fondamentale a porté ses fruits et après un travail approfondi avec les moyens du laboratoire, elle a protégé par brevet en 2006 cette nouvelle méthode d’analyse de surface. A partir de 2007, l'ISMO a entrepris de collaborer avec l'INSP afin de valider cette approche sur des matériaux pour la microélectronique. Cette technique s'est révélée être un outil original et pertinent pour l'étude des semi-conducteurs car elle fournit des données équivalentes au RHEED mais fait apparaître une richesse analytique bien plus profonde ainsi qu’une sensibilité bien plus grande à la toute première couche de la surface. La technique, baptisée GIFAD, était née et ses applications dans deux voies principales sont toutes tracées : la voie industrielle pour le contrôle en ligne de l'épitaxie par jets moléculaires (EJM) ou le contrôle qualité en sortie de croissance et la voie fondamentale pour l'étude des surfaces.
Des financements ont déjà été obtenus pour la démonstration de cette technique à l'échelle du laboratoire, l'objectif technique de cette ANR Emergence est d'atteindre un niveau de maturité permettant d'obtenir un prototype opérationnel pour l'industrie et de faciliter la pénétration de cet équipement dans les laboratoires. L'enjeu est aujourd'hui principalement d'optimiser la source d'ions afin de rendre cette technique compatible avec un usage temps réel et de profiter pleinement des capacités analytiques de cet outil.
Les équipes partenaires ISMO, INSP et FIST SA sont partenaires de longue date, ont l'habitude de travailler ensemble et sont très complémentaires pour aborder ce projet. L'ISMO, à l'origine de GIFAD, est spécialisé dans les interactions particules-surfaces et va prendre en charge l'optimisation de la source d'ions ainsi que les travaux sur le traitement des images de diffraction. L'INSP est spécialisée dans les recherches sur l'épitaxie et assurera la pertinence de GIFAD pour l'EJM. Il apportera ses compétences analytiques pour positionner GIFAD par rapport aux autres techniques d'analyse de surface. Enfin FIST SA, spécialisée dans la protection et les transferts des innovations, sera en charge de la valorisation du projet.