Thèse : Gravure en couches atomiques du diamant (H/F)

Sujet de thèse :
Le diamant est le semi-conducteur ultime. Les dispositifs de haute puissance fabriqués dans la communauté du diamant démontrent son potentiel pour les applications de conversion d'énergie, comme le transistor de 3kV rapporté par l'Institut NEEL. Cependant, ses propriétés physiques exceptionnelles rendent la technologie également plus difficile, en particulier le processus de gravure. Le diamant est inerte à tous les mélanges chimiques à température ambiante. La méthode la plus efficace consiste à utiliser une gravure ionique réactive par plasma à couplage inductif (ICP-RIE) avec un mélange gazeux contenant de l'oxygène, mais elle induit également certains défauts dans la sous-surface, ce qui détériore les propriétés du dispositif. Le projet consiste à explorer le processus de gravure de la couche atomique (ALE) pour le diamant, car ce processus élimine de manière très douce les couches atomiques par couches atomiques. Ce procédé a été démontré pour certains semi-conducteurs, par exemple le GaN rapporté par l'unité de recherche Grenoble-Tsukuba en 2018, et J-FAST a été le premier à démontrer l’efficacité du procédé pour le diamant. Il faut néanmoins mieux comprendre les mécanismes en place à l’échelle atomique, et optimiser le procédé pour des applications ciblées (extraction efficace de photons, et augmentation de la mobilité des transistors en diamant).

Compétences attendues :
- une solide formation en physique de la matière condensée et en chimie
- aptitude à mener des travaux expérimentaux, notamment en salle blanche, en laboratoire de gravure et en spectroscopie optique
- d'excellentes compétences en communication
- travail en équipe
- mobilité internationale
Contexte :
Le doctorat s'inscrira dans le cadre du programme de doctorat double diplôme entre l'Université de Tsukuba, Japon, et l'Université Grenoble Alpes, France. Le travail sera effectué en partie à Tsukuba (J-FAST), et en partie à Grenoble (NEEL, LTM), et pourra inclure :
• Compréhension des mécanismes du processus ALE avec le graveur ICP-RIE. Le procédé sera analysé à l'aide des outils de diagnostic in-situ disponibles, et réglé par les paramètres du plasma.
• Réalisation de gravures ALE sur des échantillons de diamant dédiés à des applications spécifiques :
- Monocristaux préparés au NIMS (Dr. Teraji) ou à NEEL avec des centres colorés, pour réalisation de structures photoniques
- Films minces de diamant, légèrement dopés au bore (type p) ou multicouches de diamant p++/p- fournies par la société DiamFab (startup NEEL) traitées pour préparer des condensateurs MOS et transistors.
• Étudier les propriétés de surface après gravure en utilisant la spectroscopie optique, la spectroscopie d'annihilation de positons (PAS), les mesures de capacité, la spectroscopie d'admittance et le DLTS.

L'Institut NÉEL est une Unité propre de recherche du CNRS (UPR2940) conventionnée avec l'Université Grenoble A
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