Polynash — Substrats bas couts polycristallins et Nanofeuillets de germination

Le but du projet PolyNASH est de développer la croissance et l’étude d’oxydes fonctionnels (OF) sur des substrats à bas coûts et de proposer une nouvelle solution pour l’intégration de ces oxydes complexes (OC) à propriétés multifonctionnelles pour l’électronique sur grandes surfaces. En effet, la miniaturisation des éléments électroniques arrive à une limite et de nouvelles solutions sont recherchées afin d’augmenter l’intégration de nouvelles fonctionnalités (approche « More than Moore »). Des matériaux tels que les OC proposent des propriétés telles que le ferromagnétisme, la ferroélectricité, le multiferroisme …, qui ne sont pas présentes dans les semi-conducteurs, et sont ainsi très prometteurs pour le développement d’une nouvelle génération de matériaux en microélectronique, l’électronique basée sur les oxydes : « oxytronique ». Un des freins au développement des dispositifs originaux par un réseau de start-up ou d’industries technologique, est le coût de fabrication complet depuis les substrats jusqu’à la fin de processus. Dans ce projet, nous allons mettre en place deux approches afin de développer ces substrats à bas coût : 1 /Croissance sur substrat par épitaxie combinatoire (CSE) 2/ Epitaxie sur Nanofeuillets de germination (2D-NS). Ces 2 types de substrats ont l’avantage de pouvoir être synthétisés pour une large gamme d’OF et d’offrir une alternative aux substrats monocristallins relativement chers et qui proposent un choix limité de matériaux et d'orientations cristallographiques. Ceci est particulièrement important afin d’exploiter les propriétés fonctionnelles des OC, dont les anisotropies (magnétisme, ferrolectricité…) sont typiquement liées à leur orientation cristalline. Dans le cas des CSE, toutes les orientations possibles peuvent être obtenues en un seul échantillon et permettent ainsi d’étudier avec un seul dépôt de nombreuses expériences réalisées sur les substrats commerciaux monocristallins. Ainsi pour chaque matériau, nous pouvons étudier et isoler les meilleures relations propriétés-orientations et par conséquent les transférer sur d’autres types de substrats comme les 2D-NS. Ces nanofeuillets sont à 2 Dimensions avec une épaisseur moléculaire et comparativement infinis dans le plan. Ils ont des paramètres de mailles leur permettant d'être utilisés comme site de germination afin d’induire une épitaxie des OC. De plus ces 2D-NS ont la particularité de pouvoir être déposés sur tous types de support sans limitation de surface tel que le Silicium. Ainsi ce projet vise à démontrer le potentiel de ces 2 types de substrats sur différentes familles d’OC : pérovskite, grenat et illménite pour leurs propriétés multifonctionnelles et de magnétisme et qui sont étudiés entre autres pour la spintronique. Le projet est organisé de manière à ce que les deux matériaux soient optimisés et étudiés en parallèle et propose un transfert des CSE vers les 2D-NS. Pour cela ce consortium englobe la gamme complète des compétences nécessaires pour mener à bien le projet, qui comprend des experts dans le domaine de croissance des 2 types de substrats : le CRISMAT de Caen (CSE) et l'ISCR de Rennes (2D-NS). Les OC seront déposés par ablation laser pulsé par les partenaires qui ont déjà optimisé les matériaux pérovskite (CRISMAT) et grenat et ilménite (GEMaC) tandis que l’intégration des OC sur de larges surfaces sera réalisée par Atomique Layer Deposition au GEMAC et Chemical Solution Deposition à l’ISCR. La caractérisation des couches minces seront réalisées structuralement au CRISMAT et à l’ISCR, et les caractérisations physiques macroscopiquement au CRISMAT et à l’échelle locale au GEMaC. L’élaboration de ces substrats vont permettre l’étude de la croissance d’oxydes complexes et leur intégration sur des substrats universels et à large surface. Ceci permettra de proposer le développement d’une technologie en rupture dans le domaine des dispositifs basés sur le silicium.