Centre d’Élaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales


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Oxydes fonctionnels

Structure électronique et conductivité aux interfaces d’oxydes

Dans le groupe MEM, des activités théoriques basées sur l’utilisation de calculs premiers principes ont pour vocation d’étudier les propriétés structurales, électroniques et magnétiques d’oxydes complexes et de leurs surfaces/interfaces.

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Nanostructures ferroélectriques sur semiconducteur (ANR-19-CE24-0027 FEAT)

Le projet FEAT (Porteur CEMES) est dédié à l’étude de verrous scientifiques et technologiques concernant la fabrication de nanostructures d’oxydes complexes sur semiconducteurs, leurs propriétés (photo)ferroélectriques et leur dynamique. Nous développerons des procédés ALD, RIE et HIM pour la préparation de films et de nanostructures de différentes formes et tailles à base de BaTiO3 (HZB partner). Des techniques de microscopie en champ proche (PFM, KPFM, SNOM) seront mises en œuvre pour l’imagerie et la spectroscopie des contributions souvent intriquées des états électrochimiques et ferroélectriques et de leur dynamique. Les déplacements atomiques seront mesurés par des méthodes avancées de TEM afin de déterminer l’amplitude et la direction de la polarisation à l’échelle locale. La formation des domaines et leur renversement seront étudiés in situ dans le microscope dédié I2TEM (CEMES). Enfin, l’échelle de temps du switching sera étudiée par des mesures pompe-sonde (laser fs) de diffraction ultrarapide (résolution sub-ps) (Univ. Potsdam)

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Jonctions Schottky STO/LSMO

Les technologies émergentes de communication (5G, NFC) nécessitent des varactors à film ferroélectrique (FE) affiné pour fonctionner à des fréquences plus élevées ou des tensions plus faibles. La « couche morte » FE d’interface et un courant de fuite accru limitent cette évolution. Des calculs ab initio récents montrent, aux interfaces pérovskites électrode/FE, l’influence des disparités chimiques, polaires et structurales sur la stabilisation de la polarisation et la hauteur de barrière Schottky (SBH). Dans le projet Bepolar (Université de Tours, Porteur du projet), nous proposons une ingénierie systématique de l’interface utilisant le dépôt par ablation laser combinatoire. L’investigation locale par spectroscopies et microscopies avancées d’interfaces chimiquement modulées, associée à des calculs DFT (partenaires CEMES & CEA/SPEC), conduira à l’identification de matériaux optimisés (couche morte FE minimale et SBH accrue), ainsi qu’à la compréhension des mécanismes physiques et chimiques sous-jacents. Les meilleures interfaces seront testées dans des varactors industriels (ST Tours).

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Intégration d’oxydes piezoélectriques sur semiconducteur (Soitec)

L’oxyde LiTaO3 est un bon candidat pour la réalisation de filtres acoustiques à compensation thermique. Cependant, le faire croître à l’état monocristallin sur Silicium par des méthodes conventionnelles de croissance n’est pas réalisable, le matériau obtenu est toujours polycristallin. Seul le transfert de couches par le procédé Smart CutTM (SOITEC) permet de s’affranchir de cette difficulté et en même temps de contrôler précisément l’épaisseur du film. C’est un paramètre crucial pour contrôler la fréquence de résonnance des filtres acoustiques. Une étude est menée pour comprendre l’impact sur les propriétés physiques du matériau lors du procédé d’intégration, notamment la première étape avec implantation d’ions H au sein de la structure. Les modifications structurales (DRX haute résolution : tenseur de déformation) et chimiques (EELS, GDOES) sont particulièrement étudiées.

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