De nouveaux dispositifs sur silicium grâce à une combinaison de dépôts physique et chimique
Des chercheurs de l'IES, en collaboration avec l'INL, ont réalisé des nanostructures d'oxydes ferroélectriques sur silicium en combinant l'épitaxie par jets moléculaires avec une méthode de dépôt chimique en phase aqueuse. Ces travaux, publiés en couverture dans la revue Small, ouvrent la voie à la réalisation de nouveaux dispositifs de capteurs et de mémoires.
Les oxydes de type pérovskite, comme BaTiO3-δ, ont des propriétés électriques, optiques ou magnétiques intéressantes pour des applications technologiques. Mais la réalisation de structures sur silicium avec ces oxydes est difficile en raison des réactions qui se produisent à l'interface des matériaux. Des chercheurs* de l'Institut d'électronique et des systèmes (IES, CNRS/Université de Montpellier), et de l'Institut des nanotechnologies de Lyon (INL, CNRS/Centrale Lyon/INSA Lyon/Université Claude Bernard/CPE Lyon), ont trouvé une solution originale pour réaliser des nanostructures de pérovskites sur du silicium, en combinant une méthode physique (épitaxie par jets moléculaires) avec un dépôt chimique au moyen d'une solution aqueuse.
Les nanostructures ont la forme d'une colonne constituée de trois couches empilées sur le silicium: BaTiO3-d / La0.7Sr0.3MnO3 / SrTiO3 / Si. La première couche, SrTiO3, est une couche tampon réalisée par épitaxie par jets moléculaires (MBE). C'est ensuite une méthode chimique, la centrifugation d'une solution aqueuse (spin coating), qui permet de réaliser la couche la plus complexe de La0.7Sr0.3MnO3. Cette couche est de qualité suffisante pour que l'on puisse alors faire croître la dernière couche - BaTiO3-d - à nouveau par MBE.
Les chercheurs ont pu montrer que ces hétérostructures pouvaient basculer d'un état de polarisation ferroélectrique à l'autre (up/down), et, indépendamment, d'un état de résistance électrique haute à un état de résistance électrique basse. Ces transitions sont provoquées en appliquant une force ou un champ électrique, à l'aide de la pointe d'un microscope à force atomique (AFM). La combinaison de ces deux états bistables donne, en pratique, trois configurations (les états « polarisation up » et « résistance faible » ne pouvant être obtenus simultanément). Ce type de dispositif permettrait de créer des capteurs, et des systèmes de stockage de données. L'équipe veut maintenant utiliser le même procédé pour réaliser des structures à base de ferrite de bismuth (BiFeO3), un matériau ferroélectrique, ferromagnétique et magnétoélectrique, déjà très étudié dans le but de créer de nouveaux dispositifs de mémoires.
*en collaboration avec l'ICMAB de l'université Autonome de Barcelone (UAB) et le CICUS de l’université de Saint Jacques de Compostellez
Reproduction d’une commutation mécanique d'états ferroélectriques et résistifs dans une couche nanostructurées semi-conducteur à base de batio3 sur silicium
Références :
Electric and Mechanical Switching of Ferroelectric and Resistive States in Semiconducting BaTiO3–δ Films on Silicon.
A. Gómez, J. M. Vila‐Fungueiriño, R. Moalla, G. Saint‐Girons, J. Gázquez, M. Varela, R. Bachelet, M. Gich, F. Rivadulla and A. Carretero‐Genevrier
Small (2017)
DOI: 10.1002/smll.201701614