Epitaxie d’oxydes ferroélectriques pour la photonique (H/F)

Sujet de thèse :
La photonique sur silicium, c'est-à-dire l'utilisation du silicium pour les circuits de la photonique intégrée, est apparue au niveau industriel il y a plus d'une décennie et est maintenant une technologie bien établie. Pour les futurs réseaux de communication, de nouveaux défis doivent être relevés en termes de vitesse, de consommation d'énergie et de flexibilité. Au C2N, nous explorons un nouveau paradigme pour les circuits photoniques avancés, basé sur l'intégration d'oxydes cristallins dans la plate-forme photonique sur silicium pour les longueurs d'onde des télécommunications (1,3µm-1,55µm). Ces oxydes offrent des propriétés physiques inexistantes dans le silicium, telles que la ferroélectricité, ce qui les rend très attractifs pour des dispositifs non linéaires et optoélectroniques avancés.
Le travail de thèse se concentrera sur la croissance de films minces de zircone dopée (ZrO2) sur des substrats monocristallins, et en particulier sur l'étude de l'interaction entre le dopant et la déformation induite par le substrat pour stabiliser une phase ferroélectrique de ZrO2 à une épaisseur de 50 nm ou plus. Des résultats stimulants ont déjà été obtenus à cet égard au C2N avec des films de ZrO2 déposés par ablation par laser pulsé (PLD), ouvrant la voie à l'étude d’une ingénierie des dopants. Un système d'épitaxie par jets moléculaires (MBE), installé en 2024 et dédié aux couches minces d'oxydes, permettra un meilleur contrôle de la stœchiométrie de ces dopants et de l'oxygène dans ces composés. En particulier, une approche en multicouches et superréseaux sera explorée, afin de tirer parti du contrôle des interfaces à l’échelle atomique permis par la MBE, tout en tenant compte de la stabilité des phases cristallines du ZrO2. Des couches minces de BaTiO3 seront également développées, afin de servir de référence du fait de leurs propriétés électro-optiques bien établies et du parfait contrôle de leur stœchiométrie avec la MBE à précurseurs organométalliques, telle que mise en œuvre au C2N.
Contexte :
Le C2N (Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies) est une unité mixte de recherche de l’Université Paris-Saclay et du CNRS. Le laboratoire compte environ 410 personnes dont 80 ingénieur-e-s et technicien-ne-s et 120 chercheur-e-s ou enseignant-e-s chercheur-e-s. Il est organisé en 4 départements (Photonique, Nanoélectronique, Microsystèmes et nano-bio-fluidiques, Matériaux).
Au C2N, le travail de thèse sera mené dans l'équipe OXIDE du département Matériaux, qui mène des recherches autour des films minces d'oxydes cristallins, en collaboration avec l'équipe MINAPHOT du département Photonique, qui travaille sur la photonique sur silicium.
Tous les moyens expérimentaux pour le projet sont disponibles dans la salle blanche du C2N, ainsi que les caractérisations structurales, optiques et électriques dans des laboratoires dédiés.