Mardi 20 Décembre à 10h30 - Lieu : amphi 3 A du département MT, Technopôle de Château Gombert

Soutenance d'Habilitation à Diriger des Recherches de Romain Laffont

Contribution à l’analyse de la fiabilité et développement de mémoires non volatiles à grille flottante continue

Vendredi 16 Décembre à 10h30 - Lieu : amphi Polytech’Marseille, campus de Château-Gombert

Soutenance de thèse de doctorat de Yohan Joly

Étude des fluctuations locales des transistors MOS destinés aux applications analogiques

Les fluctuations électriques des composants sont une limitation à la miniaturisation des circuits. Malgré des procédés de fabrications en continuelle évolution, les variations des caractéristiques électriques dues au désappariement entre deux dispositifs limitent les performances des circuits. Concernant les applications à faible consommation, ces fluctuations locales peuvent devenir très critiques. Dans le contexte du développement d’une technologie CMOS 90nm avec mémoire Flash embarquée pour des applications basse consommation, l’appariement de transistors MOS est étudié. Une analyse de l’impact du dopage de grille des transistors NMOS est menée. L’étude se focalise sur l’appariement en tension des paires différentielles polarisées dans la zone de fonctionnement sous le seuil. Il est démontré que cet appariement peut être dégradé à cause de l’effet « hump », c'est-à-dire la présence de transistors parasites en bord d’active. Un macro-modèle permettant aux concepteurs de modéliser cet effet est présenté. Il est étudié au niveau composant, au niveau circuit et en température. Enfin, une étude de la dégradation de l’appariement des transistors MOS sous stress porteurs chauds est réalisée, validant un modèle de dégradation. Des transistors octogonaux sont proposés pour supprimer l’effet « hump » et donnent d’excellents résultats en termes d’appariement ainsi qu’en fiabilité.

Vendredi 16 décembre 2011 à 10h00 - Lieu : bt IRPHE, campus de Château Gombert amphithéâtre B

Soutenance de thèse de doctorat de Grégory Delafosse

Auto-assemblage de fullerènes C60 sur surface d'oxyde de silicium et d'or fonctionnalisées NH2

 Jeudi 15 Décembre 2011 à 11h00 - Lieu : Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Séminaire d'Eugene Krasovskii, University of the Basque Country and IKERBASQUE, San Sebastian , Spain

THEORY OF ANGLE- and SPIN-RESOLVED PHOTOEMISSION FROM NON-MAGNETIC SURFACES

Angle-resolved photoemission is the most powerful tool to study electronic structure of solids. However, to extract the information from the experiment is not straightforward due to the high selectivity of the process of electron excitation and escape. By way of introduction, an ab initio theory of photoemission will be presented based on the Bloch waves approach to electron scattering. It employs an augmented plane waves formalism to formulate a variational embedding technique [1], which treats on the same footing the infinite host crystal and the surface region. Special attention will be paid to the role of inelastic effects, which is illustrated by examples on photoemission from the layered chalcogenide TiTe2 [2], as well as elementary metals [3-5]. The application of angle-resolved photoemission to systems with strong spin-orbit interaction will be discussed, in particular the Rashba effect and the surface states of topological insulators. A strong spin polarization of the photocurrent from the bulk continuum states observed on Bi(111) [5] and W(110) will be discussed.

 Vendredi 9 Décembre 2011 à 11h00 - Lieu : Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Séminaire de Hideyuki Yasuda, Department of Adaptive Machine Systems, Osaka University , Centre of Advanced Structural and Functional Materials Design, Osaka University

In-situ observation of solidification of Fe-C alloys by using X-ray imaging at SPring-8

Time-resolved X-ray imaging and white X-ray diffraction using synchrotron radiation X-rays allows us to observe solidification of metallic alloys of interest. I would talk about the in-situ observation / diffraction techniques for Fe alloys and some examples of in-situ observations.

1) Peritectic / massive transformation in Fe-C alloys
It has been considered that the γ phase (fcc) was produced through the peritectic reaction between the δ phase (bcc) and the liquid phase in Fe-C alloys. Since the volume change of 1% due to the transformation can induce deformation and crack, it is of interest to understand the transformation manner. Two different transformation manners were identified in Fe-C alloys (25ppmC – 0.45mass%C). One is the peritectic solidification in which the γ phase is produced in the mushy region (δ+L). The other is the massive transformation in which the δ phase directly transforms into the γ phase. The later transformation manner was dominant in the Fe-C alloys.

2) Synchronized fragmentation at δ/γ boundary in Fe-C alloys
Fragmentation, which can contribute to the grain refinement, is one of the key events in castings and solicitation processing. A novel mechanism of dendrite  fragmentation has been found in high carbon steel. In the high carbon steels, the δ/γ interface was placed behind the δ dendrite tips. When specimen temperature slightly increased (less than 1K) after stopping cooling, the δ/γ interface moved toward the low temperature side. Fragmentations of the primary dendrite arms simultaneously occurred at the δ/γ interface. According to the observation with higher spatial resolution showed that the liquid phase was produced at the δ/γ boundary and the liquid production resulted in the synchronized fragmentations. The fragmentation at the δ/γ boundary completely differed from the conventional fragmentation promoted by the curvature effect. The observed mechanism can promote the equiaxed grain structure in carbon steel.

 Jeudi 8 décembre à 10h - Lieu : Amphi. MT 1 Site de Château-Gombert

Soutenance de Thèse de Docteur de l'Université de Provence d'Oussama FRIOUI

Conception et Optimisation d’Architectures Radiofréquences pour la Réjection du Signal Image : Applications aux Systèmes de Radiocommunications et Liaisons de Proximité

L’émergence de la téléphonie mobile et des réseaux sans fil a causé une surcharge des bandes de fréquences allouées (surtout les bandes autour de 2.4 GHz et 5 GHz). A cela s’ajoute les perturbations et les interférences causées par des appareils industriels ce qui nécessite des systèmes de plus en plus robustes à base d’architectures permettant la compatibilité avec ces standards. Par conséquent, la nécessité d’avoir des systèmes ayant de bonnes performances surtout au niveau de la réjection de la fréquence image est plus que jamais d’actualité. En effet, les architectures actuelles, malgré leurs bonnes performances en termes d’IRR restent limitées et offrent des performances insuffisantes pour la plupart des applications futures. Cependant, l’étude et la conception de la totalité de la partie radio ne sont pas envisageables. Ce travail de recherche a été centré sur la partie ²réception RF², la plus exigeante et la plus contraignante avec pour objectif de proposer des techniques et des architectures innovantes pour améliorer principalement la réjection du signal image.

Par conséquent, deux solutions innovantes d’architectures radiofréquences : « half-complex » et « full-complex » en technologie CMOS ont été développées.

Mots-clés :Architectures RF, Réjection du signal image, filtrage complexe, CMOS, Conception de circuits intégrés RF

 Mercredi 7 décembre à 10h30 - Lieu : amphithéâtre 4A de Polytech Marseille département MT.

Soutenance de thèse de Docteur de l'Université de Provence d'Olivier Fourquin

Conception et intégration en technologie "System In Package" d'émetteurs récepteurs ulta large bande pour les communications ULB impulsionnelles dans la bande de fréquence 3.1 - 10.6 GHz.

Les systèmes pour la radio impulsionnelle ultra large bande (IR-ULB), de part la nature de leurs signaux et de leurs architectures, montrent des caractéristiques intéressantes pour concurrencer les technologies existantes (Zigbee, Bluetooth et RFID) pour certaines applications à faible coût et à faible consommation de puissance. Cette thèse a pour objectif d'évaluer les potentialités de l'ULB Impulsionnelle (IR-UWB) pour la réalisation d’objets communicants miniatures, faible coût et faible consommation.
Il a été choisi d’utiliser la technologie "System In Package" (SiP) pour réaliser des objets communicants ULB prototypes intégrant une ou plusieurs puces CMOS et une antenne ULB directement réalisée sur le boîtier. Une technologie d’interconnexion standard par fils d'interconnexion ("wirebonding") a également été choisie pour minimiser les coûts de fabrication.
Au cours de la thèse, les problématiques concernant la mise en boîtier d'une puce ULB ainsi que celles concernant la conception sur silicium de la tête radio fréquence d'un système ULB ont été étudiées.
Mots-clés :ULB, radio impulsionnelle, faible consommation, faible cout, CMOS, fils d'interconnexions, LNA, générateur d'impulsions, détecteur d'impulsions, émetteur, récepteur, mise en boitier, codesign.

 Mardi 6 décembre à 10h00 - Lieu : amphithéâtre 3A de Polytech Marseille département MT

Soutenance de thèse de Docteur de l'Université de Provence de Gary Seigneuret

Analyse et Optimisation de télé-alimentation pour système RFID UHF

Les systèmes d'identification radio-fréquence passifs (RFID) sont de plus en plus présents dans notre environnement (Passeport, badge d'accès, gestion de stock). Dans ce cadre, l'augmentation de la portée des étiquettes RFID, notamment pour les applications de logistique est un critère primordial. Sont présentés dans cette thèse différents moyens d'augmenter cette portée, notamment grâce à l'amélioration des blocs de récupération d'énergie ou l'adaptation d'impédance, tout en respectant des contraintes liées au coût du système.

Mots-clés : RFID, UHF, télé-alimentation, redresseur de tension, CMOS, rétro-modulation, adaptation d'impédance.

 Lundi 5 décembre à 16h - Lieu : Amphithéâtre PONTE, campus de Saint Jérôme, Marseille

Soutenance d'Habilitation à Diriger des Recherches de Laurent Raymond (Im2np, Equipe TMS)

Contribution Numérique à l'étude de la matière condensée

 Lundi 5 décembre 2011 à 10h30 heures - Lieu : Amphithéâtre Ponte, Campus de Saint Jérôme, Marseille

Soutenance d'Habilitation à Diriger des Recherches de Philippe Torchio (Im2np, Equipe OPTO-PV)

Nanostructures plasmoniques pour cellules solaires organiques

Mots clés : Cellule solaire en couches minces, hétérojonction de volume organique, nanoparticules métalliques, méthode FDTD, absorption

 Jeudi 1^er décembre 2011 à 11h - Lieu : Amphithéâtre DMT B, Polytech’Marseille, Technopôle de Château Gombert

Séminaire de Jean-Luc Autran, Aix-Marseille Université - IM2NP-CNRS

Radiations Naturelles et Soft-Errors dans les composants et circuits CMOS. Résultats 2010-2011 de la plateforme ASTEP-LSM

Les radiations terrestres naturelles (douches de particules atmosphériques induites par les rayons cosmiques et radioactivité naturelle des matériaux) impactent la fiabilité au niveau du sol des technologies microélectronique de dimensions nanométriques, présentes dans toutes les applications « grand public » et les produits de masse, du téléphone portable au véhicule tout électrique, en passant par les systèmes électroniques embarqués (automobiles, trains, avions), les communications (réseaux, serveurs) et le médical.
Ce séminaire annuel présentera en détails la plateforme ASTEP (Altitude Single-event effects Test European Platform) ainsi que les travaux de recherche menés depuis plus de six ans sur cette installation située à 2550 m d’altitude sur le Plateau de Bure (massif du Dévoluy). Nous présenterons également les résultats obtenus grâce à des expériences complémentaires déployées au laboratoire souterrain de Modane (LSM), à l'IM2NP de Marseille et nos avancés récentes dans le domaine de la modélisation et de la simulation GEANT4 de ces expériences. Nous indiquerons enfin quelques perspectives de travail pour la période 2011-2014, notamment le projet en cours de montage intitulé ASTEP2020.

Jeudi 1er décembre 2011 à 10 h - Lieu : amphi MT 1 Polytech, campus de Château Gombert

Soutenance de thèse de Docteur de l'Université de Provence de Pascal Lemoigne

Simulation de la variabilité du transistor MOS

La constance des performances des produits est une priorité pour les fabricants de circuits intégrés. Ils s’engagent auprès de leurs clients à fournir des puces dont la dispersion des performances est très faible, ce qui implique que chaque circuit fabriqué qui n’entre pas dans les marges de tolérance est mis au rebut et donc fait monter le coût de production moyen par plaque de silicium. Il faut donc savoir contrôler la fabrication afin d’uniformiser les performances.
Les produits de l’industrie de la micro-électronique, des circuits électroniques, sont fabriqués par des techniques organisées autour de la photolithographie sur des tranches de silicium cristallin. Une tranche peut contenir de quelques dizaines à des centaines de puces électroniques. Dans une usine, les tranches de silicium sont groupées par lots de vingt-cinq plaques pour subir certaines étapes du procédé de fabrication. Enfin, un fondeur  peut choisir de fabriquer un même produit dans plusieurs usines. Il y a donc différentes échelles auxquelles vont intervenir les dispersions de performances.
Les composants de base des circuits intégrés sont soumis à différentes sources de fluctuations. Certaines sont dues aux matériaux utilisés. En effet, l’implantation volontaire d’impuretés dans le silicium afin de régler les propriétés des composants – le dopage – n’agit pas de manière continue dans tout matériau. C’est une action locale à l’échelle atomique et plus les composants sont petits, moins les effets sont lissés. De la même manière, l’utilisation de silicium polycristallin introduit des effets locaux aux interfaces entre les cristaux le composant. L’emploi de résines en matériaux polymères entraine une certaine imperfection du bord des gravures, dont l’importance croît avec la miniaturisation des dispositifs.
D’autres imperfections sont induites par les outils du procédé. Les étapes du process comportent des procédés chimiques (gravure, retrait de résine), physiques (gravure, implantation d’ions, dépôt de matériau), thermiques (recuit en four, recuit laser, croissance d’oxyde) ou encore optiques (insolation des résines pour appliquer le dessin des circuits). Les machines réalisant ces étapes introduisent chacune des non uniformités qui leurs sont propres.
Le placement-routage du circuit ou la proximité d’un circuit avec différentes zones du circuit peut aussi influencer la manière dont le circuit subit le procédé. La variabilité est un sujet qui concerne toutes les spécialités. En amont de la fabrication, les concepteurs de circuits utilisent des modèles pour prédire le comportement électrique des circuits qu’ils dessinent, et ces modèles doivent permettre de prédire la dispersion des performances. Avec ces modèles, ils s’attachent à concevoir des circuits dont les performances simulées prévoient que la production des circuits atteindra un certain seuil de rendement. Il existe différentes méthodes de simulation de la variabilité, avec différents niveaux de complexité. Certaines s’appliquent aux simulations de circuits complexes, d’autres aux simulations de petits circuits standards, et celles auxquelles nous nous intéressons en particuliers sont les simulations du transistor métal–oxyde–semiconducteur MOS, composant de base des circuits intégrés.

Mardi 29 Novembre 2011 à 11h00 - Lieu : Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Séminaire de Jay Prakash, Department of Chemistry, MMH (P.G) College, Ghaziabad (CCS University, Meerut)-India
Material Science division, Inter University Accelerator Centre (IUAC), New Delhi-India

Synthesis of metal nanoparticles at the surface and embedded in carbonaceous matrix by ion beam irradiation

Synthesis of metal nanoparticles and nanostructuring of thin metal films is an important topic of nanotechnology because of their potential applications in thin film technology and nano-electronics. Ion beam irradiation is a unique tool for the synthesis and engineering of nanostructures. We will report on synthesis of metal nanoparticles at the surface and embedded in a carbonaceous matrix by irradiation of thin metal films on polymer substrates with energetic ions, leading to metal-polymer nano-composites. Synthesis of Ni, Ag and Au nanoparticles at the surface and in the carbonaceous matrix has been studied in the following cases: (i) Ni-Teflon system irradiated by swift heavy ion (SHI) using 120 MeV Au ions, (ii) Au-PET, Ag-PVC systems irradiated by 150 keV Ar ions.

Chemical modifications, structural changes, surface morphologies, size and shape of nanoparticles induced by energetic ions have been investigated. In addition, magnetic properties have also been studied in case of Ni nanostructures in Teflon. Various ion beam parameters have been taken into account ( ion fluence, ion energy, etc…) for the nanocomposite synthesis in order to understand the underlying mechanisms.

 Mardi 29 novembre à 10h30 - Lieu : Im2np, salle de réunions du Service 262 – Campus de St Jérôme, Marseille

Séminaire de Francesca Mastropietro, ESRF ID01 et CEA-INAC

Imagerie de nano-objets uniques par diffraction cohérente des rayons X

L’imagerie par diffraction des rayons X cohérents (CDI) en condition de Bragg est utilisée pour étudier la déformation de nano-objets uniques. Ceci est possible grâce au développement d’optiques focalisantes, comme les lentilles de Fresnel (FZP), produisant un faisceau sub-micronique cohérent. Les nanostructure étudiées sont reconstruites avec des algorithmes d’inversion à partir de données de diffraction, sous la forme d’un objet complexe, où l’amplitude correspond à la densité électronique 3D et la phase à la projection de la déformation de l’objet (par rapport à un réseau cristallin parfait) dans la direction du vecteur de diffraction. Lorsqu’un faisceau focalisé de rayons X est utilisé, à la fois l’amplitude et la phase de l’onde incidente doivent être connues pour une reconstruction quantitative.
Je vous présente une étude numerique combinée à une recontruction expérimentale en utilisant la technique CDI afin de caractériser le faisceau focalisé utilisé pendant les expériences. On discutera aussi de la possibilité d'utiliser le faisceau cohèrent focalisé pour déterminer l'évolution de la déformation dans des nanofils homogènes, notemment fils de silicium fortement contraint sur isolant (sSOI), du aux éffets de la radiation.
The coherent diffraction imaging technique (CDI) in Bragg condition can be used to study strain in single nanowires. This is possible due to the recent development of dedicated focusing optics, e.g. Fresnel Zone Plate (FZP), offering the possibility of focusing x-ray beams to sub-micron sizes while preserving a coherent beam. This technique allows to reconstruct (using phase retrieval algorithms) the studied nanostructure as a complex-valued density map, where the amplitude corresponds to the electronic density and the phase to the displacement of the atoms with respect to a perfect crystalline lattice projected onto the scattering vector. When using focused X-ray beams, both the amplitude and of the incoming wavefield must be known for a quantitative reconstruction.
I will report on a study, supported by numerical calculations and experimental reconstruction using a CDI approach, performed in order to characterize the coherent wavefield used during experiments. In addition, I will show that the coherent beam can be used to determine the strain evolution in highly strained homogeneous nanowires (stressed Silicon-on-insulator lines (sSOI)) even in presence of radiation damage.

 Mardi 29 novembre à 10h - lieu : amphi Polytech (Technopôle de Château-Gombert).

Soutenance de thèse de Docteur de Rémy Vauché

Conception de générateurs d'impulsions Ultra-Large Bande en technologie CMOS

La théorie de l'information développée par Claude Shannon (1916 - 2001) met en évidence le fait que pour accroître la capacité d'un canal de transmission, il est préférable d'élargir la bande de fréquences sur laquelle les informations sont émises plutôt que les puissances d'émissions. Cette constatation est le point de départ de nombreux travaux de recherche sur les communications Ultra-Large Bande (ULB) qui ont abouti en 2002 à la création aux Etats-Unis d'une bande fréquence dîtes ULB où aucun mode de communication n'est privilégié. C'est ainsi que 2 années plus tard ont débuté à l'IM2NP des travaux portant sur les communications ULB impulsionnels, et notamment la conception d'amplificateur faible bruit, de détecteur d'énergie, mais également de générateurs d'impulsions qui est l'élément clé des émetteurs impulsionnels. Ces derniers constituent le point de départ des travaux présentés dans le manuscrit qui se sont déroulés de 2008 à 2011. La nature discontinue des communications impulsionnelles a tout d'abord impliquée l'introduction de nouvelles figures de mérite permettant de mesurer les performances des générateurs d'impulsions. Ensuite, il est question de méthodes de conception permettant de dimensionner des structures fonctionnant aux fréquences en jeu mais également d'en réduire les consommations statiques principalement de fuite, et ce en vue de répondre aux contraintes de consommation des systèmes embarqués. Enfin sont développées 3 architectures de générateurs d'impulsions, chacune permettant de répondre à des contraintes différentes en termes de bande de fréquences, de consommation et de portée.

Mots-clés : ULB, radio impulsionnelle, faible consommation, faible cout, générateur d'impulsions, synthétiseur d'impulsions, CMOS.

 Vendredi 25 novembre 2011 à 14 h - lieu : amphi A de l’IRPHE (Technopôle de Château-Gombert).

Soutenance de thèse de Docteur (thèse CIFRE effectuée à EADS IW (Suresnes) en collaboration avec le CNES (Toulouse)) de Florian Molière, Ingénieur ISEN Toulon

FIABILITE DES TECHNOLOGIES CMOS FORTEMENT SUB-MICRONIQUES (DSM) POUR LES APPLICATIONS AVIONIQUES, SPATIALES et MILITAIRES

Depuis ces dernières années, les composants fortement submicroniques du commerce sont utilisésdans les équipements aéronautiques pour des applications spécifiées pour durer plusieurs décennies.Toutefois, ces composants sont destinés aux marchés de masse que représentent les secteurs de lamicro informatique et des télécommunications et ne sont pas spécifiques au marché aéronautique.De ce fait, ces composants sont spécialement conçus pour des besoins dits de haute performanceou de basse consommation et pour lesquels parfois, la fiabilité n’est pas un critère prioritaire.Pour satisfaire ces marches, une nouvelle génération technologique émerge tous les deux ans en imposant a chaque fois,une diminution des dimensions des métallisations BEOL ainsi que des transistors FEOL et/oul’introduction de nouveaux matériaux. Ces modifications ont conduit a une aggravation desmécanismes de défaillance par usure pour les générations de composants fortement submicroniques,au point de ne plus satisfaire les spécifications en durée de vie des équipements aéronautiques.Cette étude s’attache à montrer l’impact que peuvent avoir la réduction des dimensions ainsi que lanature des matériaux, sur la durée de vie des technologies numériques CMOS 0.5µm à 45 nm.Pour cela, les mécanismes de défaillances du circuit intégré ont été modélisés et étudiés à l’aide de troisapplications aéronautiques. En complément, des tests de vieillissement de type Hot Carriers (HCI) etNegative Bias Temperature Instability (NBTI) pratiqués sur mémoire SRAM de génération 90 nmont permis de valider les prédictions. Enfin, les travaux aboutissent a une méthodologie de sélectionde composants fortement submicroniques pour une application spécifique, en fonction de la technologie.

  Lundi 21 Novembre 2011 à 10h30 - Lieu : Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

DEUX SEMINAIRES D’1/2 HEURE

Fuccio Cristiano, LAAS-CNRS, Toulouse

Formation d’amas et précipités de Bore dans les jonctions ultra-minces pour les MOS « ultimes »

L'évolution continue de la microélectronique vers des dispositifs de plus en plus petits se traduit par une diminution drastique de la longueur de canal, L_g, ainsi que de la profondeur x_j des jonctions sources et drain. De plus, les faibles résistances requises pour les régions source et drain imposent des très forts niveaux de dopage, qui dépassent désormais la limite de solubilité des dopants. Dans le cas des composants PMOS, le procédé “réel” de fabrication d’une jonction p⁺-n, prévoit l’implantation d’ions B⁺ à haute dose (~10¹⁵ cm^-2) et à faible énergie (<1 keV), ce qui entraîne dans la matrice de Si non seulement une sursaturation d’atomes de Bore, mais aussi de défauts ponctuels (interstitiels, I, lacunes, V). Lors du recuit nécessaire pour l’activation des dopants, les défauts ponctuels et les atomes de dopants diffusent et se recombinent en formant des défauts de plusieurs types, notamment les agglomérats bore-Si interstitiels (Boron-Interstitials Clusters, BICs) qui sont à l’origine de la désactivation électrique du dopant ainsi que de la dégradation de leur mobilité, ce qui est indésirable. Ainsi, une bonne compréhension de leur structure est très importante.

Dans cet exposé, nous rappellerons d’abord certains de nos travaux, basés principalement sur l’utilisation de la Microscopie Electronique en Transmission (MET) qui ont contribué à l’identification de la structure des BICs ainsi qu’à la compréhension de leurs rôle dans les anomalies d’activation électrique du Bore lors des étapes technologiques de fabrication des jonctions source/drain. Ces travaux ont aussi remis en discussion la vision généralement acceptée par la communauté selon laquelle les BICs contiennent très peu d’atomes (<10) et devraient donc être “invisibles” en MET.

Ensuite, nous présenterons des travaux plus récents qui, grâce à l’utilisation de mesures par sonde atomique, ont d’une part confirmé la présence systématique d’amas riches en Bore dans tous les cas d’intérêt technologique. D’autre part, ces travaux démontrent que dans certains cas, la concentration de Bore dans ces amas peut augmenter en fonction du bilan thermique jusqu’à atteindre les valeurs attendues pour des phases précipités.

Guilhem Larrieu, LAAS-CNRS, Toulouse

Développement d’architecture nano-transistor à base de réseaux de nanofils verticaux.

Historiquement, le développement de la microélectronique ainsi que l’évolution des performances des circuits étaient simplement régis par la réduction de la taille du dispositif de base de ces circuits: le transistor MOS. Actuellement la taille de cet élément a atteint des dimensions nanométriques générant de nombreuses limitations physiques, en particulier l’augmentation de la puissance consommée par puce. Ceci a entrainé le développement  de nouvelles architectures MOS, telles que les dispositifs multi-grilles (approches canal à ailette, triple grilles). Ces nouvelles structures ont permis une nette amélioration du contrôle électrostatique du canal. L’évolution «naturelle» de ces architectures serait d’utiliser un transistor avec une grille enrobant un nanofil de semi-conducteur. Cette structure représente le cas idéal pour le contrôle électrostatique des charges et permettrait ainsi de continuer la miniaturisation des transistors. Néanmoins, le courant circulant à travers de tels dispositifs dans l'état passant reste faible, car limité par la petite section du nanofil. Il est donc essentiel de mettre en œuvre ces transistors sur des réseaux de nanofils, plutôt que sur des nanofils uniques, afin de combiner l'excellent contrôle électrostatique avec un niveau de courant de commande élevé, garantissant ainsi une vitesse commutation élevée (CV / I).

Ce séminaire présentera les premiers résultats obtenus sur une architecture à base de réseaux de nanofils verticaux pour des applications nanoélectroniques, en particulier pour les technologies modérément énergivores et dont le procédé serait parfaitement compatible avec la filière CMOS. Ces architectures seront réalisées à partir de réseaux de nanofils de Si. L'activité couvre un spectre de recherche assez large, de l’ingénierie des matériaux jusqu’à l'élaboration et la caractérisation de dispositifs à grille nanométrique, en tentant de lever les verrous associés aux principales briques de base de cette technologie, en particulier la siliciuration des zones source/drain ou l’oxydation contrôlée de ces nanostructures.

Jeudi 17 Novembre 2011 à 11h00 - Lieu : Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Pr. Mehdi Djafari Rouhani, Laboratoire d’Analyse et d’Architecture des Systèmes (LAAS-CNRS à Toulouse) Groupe N2IS (Nano Ingénierie et Intégration des Systèmes)

Modélisation multi-échelle de la croissance d’oxydes sur semi-conducteurs

La croissance des couches d’oxydes constitue un des procédés de base de la microélectronique et des nanotechnologies. Au-delà des applications classiques, se rapportant aux composants, les oxydes jouent aussi un rôle important dans la nano-structuration des matériaux énergétiques. Au LAAS-CNRS, nous nous sommes intéressés à cette problématique à travers la mise en place d’une modélisation multi-échelle hiérarchisée : calculs DFT, technique de Monte Carlo cinétique, simulations mésoscopiques, prenant en compte les différentes échelles de taille et de temps. L’intérêt d’une telle approche hiérarchique est de déterminer des paramètres locaux, à l’aide de modèles en amont, que l’on pourra ensuite utiliser dans des modèles en aval, traitant des systèmes de grandes dimensions, sur des durées d’expérience longues, dans des conditions expérimentales réalistes. Dans cet exposé, je rappellerai brièvement l’articulation des modèles utilisés, avant de montrer quelques résultats relatifs à l’oxydation de Si, le dépôt de HfO2 et la réalisation de multicouches énergétiques CuO/Al.

Mercredi 16 novembre 2011 à 10h30 - Lieu : Technopôle de Château Gombert, IRPHE, Amphi  1

Gilberto Medeiros-Ribeiro, HP Lab Palo Alto, USA

Understanding memristors : using physics, materials science and information theory to engineer a new class of non-volatile storage

The demand for data storage in the world grows faster than Moore’s law. New applications, cloud computing and many other examples show that nowadays we are directed to a data centric computing paradigm as opposed to our conventionally understood processing. This upcoming demand is not going to slow down, and in fact, the amount of power utilized in server farms has grown from 2% of the US power expenditures to 5-6%, in just about 4 years. This tremendous increase only points in the direction that not only we are in desperate need of storage solution, we also need to find a low power alternative that does not include moving parts. Several emerging technologies are being currently investigated, not only to replace hard disks which is on course by existing FLASH, but also with the ultimate goal of creating a so-called universal memory, permeating through different portions of the computing hierarchy.

Here I will be presenting the progress done at HP Labs in memristor technology, covering basic aspects from a materials science standpoint, to device performance and implementation of CMOS compatible circuits. Speed, endurance, energy and statistical description of the switching process will be covered, in addition to a materials survey and characterization with modern synchrotron techniques.

Mardi 15 Novembre 2011 à 14h00 - Lieu : Salle A51, campus de Saint Jérôme, aile 1, niveau 5

Marine Guigou, Institut fuer Theoretische Physik und Astrophysik, Universitaet Wuerzburg

Andreev reflection at the interface between a topological insulator and a superconductor

2D (3D) topological insulators are novel states of matter which are characterized by topological invariants instead of symmetry breaking. Such states possesses an insulating gap surrounded by metallic edges (surfaces). The counter propagation of electrons with spin up and spin down along opposite edges leads to the Quantum Spin Hall effect. The underlying mechanism is the spin orbit interaction that causes the inversion of bands with opposite parities. One year after the prediction of Quantum Spin Hall effect in HgTe quantum well, transport measurements confirmed that this candidate is a topological insulator under some conditions : below a critical thickness the quantum well behaves as a trivial insulator and above the same critical thickness it is a topological insulator. In this context we consider a junction between a doped HgTe quantum well and a s-wave singlet superconductor. In the first part of the presentation, I will highlight that Andreev reflection can be used as a probe of the carrier dynamics in HgTe quantum well which is intermediate between linear and quadratic dispersion. In the second part, I will show the existence of an interfacial Spin Hall effect at junctions between the doped HgTe quantum well and the s-wave singlet superconductor. This effect is intimately related to the coexistence of propagating and evanescent modes at the interface and in absence of structure and bulk inversion asymmetry within each sub system.

 Jeudi 10 novembre 2011 à 10H30 - lieu : amphi 3A sur le site de Château Gombert (IMT - Polytech'DMT )

Yves DANTO, Professeur des universités, IMS - Bordeaux I

La Fiabilité, du matériau au système

 Jeudi 3 novembre 2011 à 11h - lieu : Amphithéâtre DMT A, Polytech’Marseille, Technopôle de Château Gombert

Louis Renaud, Université Claude Bernard Lyon 1, Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL)

Microfluidique : manipulation de nanovolumes d'échantillons

La microfluidique s’intéresse à la compréhension, à la manipulation et à l’exploitation d’écoulements de fluides dans des microcanaux, définis comme tels si la plus petite des dimensions de l’écoulement est comprise dans une gamme micrométrique, typiquement entre 1µm et 100µm.

Cette présentation d'une heure se propose d'être une introduction à la microfluidique, en exposant tout d'abord de manière synthétique les principes physiques fondamentaux des écoulements aux échelles micrométriques. Un fort accent est mis ensuite sur la présentation d' exemples applicatifs proposés par l'équipe « Microfluidique et Microsystèmes de l'Institut des Nanotechnologies de Lyon. Il y sera question, par exemple, d'équivalences entre la microfluidique et le génie électrique, de mélanges microfluidiques, de systèmes d'analyse rapides d'acides aminés, de générateurs de gradients pour la chimiotaxie, de systèmes de cristallisation de protéines, etc...

 Mardi 25 octobre 2011 à 11h - Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Damien Riedel Institut des Sciences moléculaires d’Orsay, Université Paris Sud

Manipulation de molécules individuelles sur des couches isolantes ultra-minces de CaF2

Après un rappel sur les techniques à sonde locales et leur utilisation pour la manipulation de molécules individuelles, je brosserai un rapide portrait de systèmes utilisant les couches minces à caractère isolant visant la fabrication de structures ou de fonctions moléculaires, notamment sur des surfaces métalliques.

Je décrirai ensuite l’étude de la fabrication de couche ultra-mince de CaF2 à la surface du Si(100) utilisant un microscope à effet tunnel à basse température (9 K). Dans un premier temps j’exposerai avec précision les prémisses de l’épitaxie du Si(100) (couche de mouillage) lorsque celui-ci est exposé à de faibles taux de couverture (0.3 ML). Grâce à une étude DFT approfondie des structures observées par topographie STM et des techniques de spectroscopie STS, nous avons pu définir les cellules élémentaires structurant la couche de mouillage et définir un scénario simple décrivant sa fabrication en faisant intervenir la gravure du silicium.

A plus fort taux de couverture (< 1 ML), l’épitaxie du Si(100) présente des structures en bande parallèles de plusieurs dizaines de nanomètres de long dont le caractère isolant a pu être mesuré. Ces structures isolantes ont été utilisées pour manipuler des molécules d’hexaphényle lors de processus électroniques induits par les électrons tunnels. Je montrerai que ces structures épitaxiées fonctionnalisent la surface du Si(100) spatialement et électroniquement et permet d’envisager la fabrication de structures moléculaires plus complexes.

 Vendredi 21 Octobre 2011 à 11h00 - Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Thomas Chanier, Iowa State University , USA

Substitutional nickel impurities in diamond: decoherence-free subspaces for quantum information processing

Spin centers based on single impurities or impurity complexes in diamond have been extensively explored as qubit candidates due to effective optical access and extremely long room-temperature spin coherence times. In other material systems the coherence times and fidelity for quantum operations of qubits has been improved dramatically through the use of decoherence-free subspaces of exchange-coupled spins to form a qubit; one example is the use of the spin singlet state and the Sz = 0 state of a spin triplet to form a decoherence-free subspace for two electrons confined to two neighboring quantum dots[1,2].These approaches rely on the ability to control the exchange interaction between two spins, such as by using an electrical gate to modulate the electronic hopping from one quantum dot to another. Such an approach is challenging for a spin center in diamond, for the typical size of the electronic wave functions is very small, and gating technology is not well advanced. Strain provides an alternate mechanism for controlling a spin center, as was recently shown via electrically-detected magnetic resonance induced by strain control of the hyperfine constant of a 31P+ donor in strained Si[3]. Here we show, using density functional theory calculations, that the substitutional nickel impurity in diamond can be understood as an exchange-coupled system of two electron spins: one localized on the nickel ion and one delocalized on the four nearest-neighbor carbon atoms. The electronic configuration of Ni is unambiguously determined as a p−d hybridization between the Ni 3d and nearest-neighbor carbon 2p levels. Although the ground state at ambient pressure for the neutral nickel impurity has been predicted to be a spin-one center[4], the spin-zero state is nearly degenerate, and can be made degenerate through the application of reasonable compressive hydrostatic strain. To reduce to an effective twostate decoherence free subspace, similar to that implemented for quantum dots[2], the m = ±1 triplet states can be split off by a magnetic field. For the nickel ion, strain can be used to control the energy splitting between the singlet and the remaining m = 0 triplet, instead of the electrostatic gating used for double quantum dots[2]. The spin-one state consists of two electrons with parallel spins, one on the nickel ion in the 3d9 configuration and the other distributed among the nearest-neighbor carbons; the slightly different g factors we found for these two spins provides an orthogonal axis of control in the effective two-state decoherence-free sub- space of the nickel ion.

[1] J. Levy, PRL 89, 147902 (2002). [2] J. R. Petta et al., Science 309, 2180 (2005). [3] L. Dreher et al., PRL 106, 037601 (2011). [4] R. Larico et al., PRB 79, 115202 (2009).

 Jeudi 20 octobre 2011 à 11h - Lieu : Amphithéâtre DMT A, Polytech’Marseille, Technopôle de Château Gombert

Danick Briand Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne – EPFL

Smart Sensing Systems on Plastic Foil

This presentation will give an overview on our activities on the manufacturing of smart sensing systems on flexible plastic foil. We will address both the conventional thin film and printed fabrication processes highlighting the challenges to process at large scale sensors on plastic foil. We are envisioning the direct printing of sensors on different types of products such as smart labels and tags. This technology could bring sensors where there is no sensor at the moment by significantly reducing their production cost and provide new functionalities, such as flexibility and transparency.

Examples of sensors development for environmental monitoring and the monitoring of goods during their transport will be described. The Integration, using a System in Foil (SiF) approach, of these sensors fabricated on plastic foil with electronics, communication and powering capabilities will be addressed. Smart systems on plastic foil could represent one of the key technologies for the realization of cost-effective smart sensing labels that would contribute significantly the deployment of the Internet of Things (IoT).

 Samedi 8 octobre 2011 à 10h00- Lieu : Faculté des Sciences de Tunis, Tunisie

Soutenance de thèse de Docteur de Lilia AJROUDI
cotutelle Université du Sud Toulon-Var et Université Tunis El Manar

Ferrites de cobalt nanostructurées : élaboration, propriétés magnétiques et catalytiques.

Cette thèse porte sur l’étude des propriétés catalytiques, magnétiques, ainsi qu’électriques, de nanoparticules de ferrites de cobalt en relation avec leur nanostructure. Ces matériaux multifonctionnels présentent de multiples possibilités d’applications comme capteurs gaz ou agents de contraste en imagerie médicale. Une méthode originale d’élaboration a été mise au point pour obtenir des poudres nanométriques de ferrites de cobalt CoxFe(3-x)O4. Cette méthode implique une réaction dans un autoclave entre des acétylacétonates de fer et de cobalt dans de l’alcool benzylique. Des études statistiques sur la taille des particules, leur morphologie et leur composition chimique, ainsi que leur cristallinité ont été réalisées par microscopie électronique en imagerie conventionnelle et moyenne résolution (0.25 nm) et en analyse EDS (microprobe et nanoprobe). Toutes les poudres obtenues ont des tailles de grains comprises entre 4 et 7 nm en moyenne, avec pour une composition donnée, une très faible la dispersion en taille. Les plus petites particules sont obtenues pour la plus forte composition en cobalt (x=1,8). Les analyses sur des particules individuelles ont montré la grande homogénéité chimique des poudres obtenues. Les affinements structuraux des diagrammes de rayons-X ont permis de remonter aux répartitions des cations sur les sites octaédriques et tétraédriques de la structure spinelle. Des mesures catalytiques basées sur la spectrométrie infra rouge IR ont été réalisées, en présence d’un mélange air-méthane, à différentes concentrations et à différentes températures. Le CH4 est oxydé en CO2 après passage sur le catalyseur quelles que soient les températures et les différentes poudres testées. A une température donnée, c’est toujours la poudre à fort taux de cobalt (x=1.8) qui présente le plus fort taux de conversion, ainsi que l’énergie d’activation la plus faible. Nous avons pu montrer que les meilleures performances de la poudre x=1.8 étaient reliées non seulement à leur taille plus petite, mais surtout à l’augmentation du nombre de sites actifs en surface par rapport aux poudres de compositions plus faibles en cobalt. Parallèlement, des mesures magnétiques ont été menées à basses températures pour les différents échantillons. Le phénomène de superparamagnétisme a été mis en évidence dans les nanopoudres de ferrites de cobalt. La composition en cobalt pour x=1.8 correspond à la température de blocage la plus faible (197 K), alors que les autres valeurs de TB se situent autour de l’ambiante. A partir des mesures de microscopie électronique en transmission, nous avons estimé la valeur moyenne de la constante d’anisotropie effective des nanoparticules Co1,8Fe1,2O4.

 Vendredi 23 Septembre 2011 à 11h00 - Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Michel Freyss, Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA) Centre de Cadarache

DFT+U study of atomic transport properties in uranium dioxide

Le dioxyde d’uranium constitue le matériau combustible nucléaire standard pour les réacteurs à eau pressurisée utilisés en France. La modélisation des dégâts d’irradiation est centrale pour comprendre  l’évolution de la microstructure de ce matériau sous irradiation. On présente ici une étude ab initio de la diffusion des atomes oxygène et uranium dans le dioxyde d’uranium. Les énergies d’activation obtenues sont comparées à des résultats expérimentaux récents pour la diffusion de l’oxygène dans UO₂. 

La théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) avec ses approximations standards (LDA/GGA) sous-estime significativement les fortes corrélations des électrons 5f . Nous montrons que l’utilisation de la méthode DFT +U, dans laquelle un terme de type Hubbard U est ajouté pour prendre en compte ces fortes corrélations, permet d’améliorer la description de bon nombre de propriétés du dioxyde d’uranium, ainsi que du comportement de ses défauts ponctuels.

Nous insisterons, de plus, sur la difficulté d’obtenir l’état fondamental électronique du système avec la méthode DFT +U, du fait des états métastables vers lesquels le calcul peut converger. Dans une étude antérieure du dioxyde d’uranium, nous avons pu montrer que pour converger vers l’état fondamental du système, il est nécessaire de contrôler l’occupation électronique des orbitales 5f fortement corrélées. Cette procédure est appliquée ici à l’étude des propriétés de transport atomique dans UO₂.

 Jeudi 22 Septembre 2011 à 11h00 - Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Abdelmajid Mesli IM2NP, UMR CNRS 6242, Université Paul Cézanne Aix-Marseille III

Techniques expérimentales pour les semi-conducteurs: Infrarouge et Photoluminescence (2/5)

Ce deuxième séminaire inaugure une série portant sur quelques techniques expérimentales dédiées à l’étude des défauts dans les semi-conducteurs que l’institut possède, est en passe de posséder ou auxquelles il peut accéder. Le but du séminaire ne consiste pas en une description in-extenso d’une technique donnée mais s’attachera plutôt à discuter les fondements et concepts de base sans lesquels une interprétation des spectres et signaux résultants serait difficile voire impossible. Dans cette première partie, l’espèce qui nous servira de guide sera l’hydrogène, un contaminant n’épargnant aucun matériau puisqu’il se trouve dans toutes les solutions chimiques de traitement de surface. Le matériau considéré sera le silicium pour sa simplicité structurelle et les deux techniques discutées seront la spectroscopie Infra rouge et la Photoluminescence, toutes deux basées sur l’interaction lumière - matière. L’accent sera mis sur les concepts de phonons, d’excitons, de couplage électrons - phonons et d’interaction excitons - défauts dans le cadre simplifié des oscillations harmoniques. Nous montrerons que pour de telles techniques spectroscopiques, la physique se trouve dans la position des pics, dans leur forme, dans leur largeur à mi-hauteur ainsi que dans leurs multiplicités déterminées par les modes de vibrations impliqués.

 Lundi 19 Septembre 2011 à 11h00 - Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Hans-Peter Karnthaler, University of Vienna , Autriche

TEM of nanostructured intermetallics

At the beginning, two aspects of the methodology of the TEM analysis of bulk nanostructured materials are described: possible pitfalls caused by Moiré effects arising from overlapping grains and a new method to determine line profiles from the TEM diffraction ring pattern. In the following, results of TEM, DSC and magnetic studies of nanostructures intermetallics (FeAl, Ni3Al and Zr3Al) made by severe plastic deformation are presented.

 Samedi 17 septembre 2011 à  10h à l'Université Ibn Zohr d'Agadir (Maroc)

Soutenance de thèse de Docteur de Lamia BOURJA
cotutelle Université du Sud Toulon Var et Université Ibn Zohr d'Agadir (Maroc)

Etude du système CeO2 – Bi2O3 pour applications catalytiques et conductimétriques

 Mardi 13 septembre 2011 à 14h30 - Amphi Ponte, Faculté des Science et Techniques de St-Jérôme

Franck Bocquet, Im2np, Soutenance d'HDR

Etudes physico-chimiques de différents systèmes aux échelles nanométriques

 Jeudi 08 Septembre 2011 à 11h00 - Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Gregory Abadias, Co-auteurs : A. Fillon, A. Michel, C. Jaouen Institut P’ – Université de Poitiers-CNRS-ENSMA, Département Physique et Mécanique des Matériaux

Origine des défauts de croissance dans les films minces de basse mobilité déposés par pulvérisation : Apports couplés des mesures in situ (courbure) et ex situ (DRX)

Les travaux portant sur l’origine des contraintes de croissance dans les films minces métalliques ont connu un regain d’intérêt au début des années 2000 grâce à l’apport de mesures optiques in situ de la courbure d’un bilame film/substrat. Cette technique implémentée dans un bâti de dépôt permet en effet d’apporter, avec une sensibilité de la monocouche atomique, des informations dynamiques sur les modes de croissance, les mécanismes de génération de contrainte de tension ou de compression, ainsi que les mécanismes de relaxation de ces contraintes suite à une interruption du dépôt. Des modèles ont ainsi pu être proposés et confrontés aux données expérimentales, notamment dans le cas de films de forte mobilité (Ag, Al) déposés par évaporation thermique.
Le cas des systèmes de basse mobilité, typiquement pour des conditions de dépôt telles que T_s/T_f < 0.2 (T_s=température du substrat, T_f= température de fusion du matériau déposé), reste à ce jour moins étudié, même si l’effet « d’atomic peening » à l’origine de fortes contraintes compressives dans les films déposés par pulvérisation est connu depuis les travaux pionnier de d’Heurle [1].
Grâce au couplage de techniques complémentaires, à savoir la mesure en temps réel de l’évolution des contraintes en cours de dépôt (méthode de la courbure) et la détermination des déformations élastiques intra-grain par diffraction des rayons X, des informations sur l’origine et la nature des contraintes de compression dans des films de Mo et Mo_1-xSi_x ont ainsi pu être obtenues. En particulier, le rôle de l’énergie déposée et l’influence de la taille de grain sur les mécanismes d’incorporation de défauts seront discutés. Les effets de surface et d’interface à l’origine de la stabilisation initiale d’une phase amorphe et du développement d’une forte contrainte de tension se propageant bien au-delà de la transition amorphe-cristal lors de la croissance d’alliages Mo_1-xSi_x déposés sur a-Si seront également abordés [2].
1. F . M. D’Heurle, Metall. Trans. 1, 725 (1970) 2. A . Fillon, G. Abadias, A. Michel, C. Jaouen, P. Villechaise, PRL 104, 096101 (2010)

 Mercredi 07 septembre 2011 à 10 h - Amphi Ponte, Faculté des Science et Techniques de St-Jérôme

Soutenance de thèse de Docteur de l'Université Paul Cézanne d' Abdoul-Aziz  BOGNO

APPLICATION DE LA RADIOGRAPHIE X-SYNCHROTRON A LA CARACTERISATION DE LA MICROSTRUCTURE DE SOLIDIFICATION D’ALLIAGES METALLIQUES

Une étude expérimentale systématique de la formation des microstructures de solidification d’alliages métalliques (Al-Cu) a été effectuée par application de la radiographie X synchrotron.             La radiographie X-Synchrotron nous a donné accès à des observations in situ et en temps réel qui nous ont permis d’analyser de manière quantitative les phénomènes physiques impliqués au cours de la solidification (vitesse de croissance, redistribution du soluté, interaction entre grains équiaxes etc.). Elle nous a également permis de mettre en évidence l’influence de la convection naturelle et de la gravité sur ces différents paramètres physiques et par conséquent sur la formation de la microstructure de solidification. Nous avons comparé nos résultats expérimentaux avec des modèles de prédiction de la croissance dendritique et ensuite avons montré l’intérêt des expériences en microgravité.            Nous avons enfin effectué des séries de tests du dispositif expérimental conçu et développé par SSC (Swedish Space Corporation) dans le cadre du projet XRMON (In situ X-Ray MONitoring of advanced metallurgical processes under microgravity and terrestrial conditions) de l'ESA-MAP en vue d’une expérience in situ et en temps réel de solidification en microgravité à bord d’une fusée sonde Maser12. Cette expérience est prévue en Novembre 2011. Les résultats obtenus lors des séries de tests valident le dit dispositif en termes de comportement thermique et d’imagerie X par radiographie. 

Mots clefs : solidification, alliages métalliques, microstructure, dendrite, transitoire initial, croissance équiaxe, ségrégation, convection, imagerie X synchrotron, radiographie, microgravité

Jeudi 21 juillet 2011 à 10h30 - salle des thèses, campus de Saint Jérôme, Marseille

Soutenance de thèse de Doctorat de l'Université Paul Cézanne de Fanta Haidara

Étude des mécanismes de formation de phases dans des films minces du système ternaire Al-Cu-Fe

Les mécanismes de formation de phases dans des films minces du système ternaire Al-Cu-Fe et des systèmes binaires Al-Cu, Al-Fe et Cu-Fe ont été étudiés. Dans chacun des systèmes, plusieurs échantillons avec des compositions distinctes ont été préparés par pulvérisation cathodique. Des couches d’aluminium, de cuivre et de fer ont été déposées séquentiellement sur des substrats de silicium oxydé et ont été traités thermiquement par différentes méthodes puis caractérisés. Des mesures de diffraction de rayons X et de résistivité in-situ ont été effectuées pour suivre la formation des phases. Des recuits thermiques suivis de trempe ont été réalisés et les échantillons ont été caractérisés par diffraction des rayons X. L’analyse enthalpique différentielle a également été utilisée ainsi que des mesures simultanées in-situ de résistivité et de diffraction des rayons X. L’ensemble des résultats obtenus nous a permis de proposer des mécanismes de formation de phases pour chacun des échantillons étudiés et en utilisant des modèles théoriques de croissance de phases nous avons pu déterminer des données cinétiques sur la formation de phases dans ces films.

Mots clés : Films minces, Formation de phases, Al-Cu, Al-Fe, Al-Cu-Fe, Diffraction des Rayons X in situ, Résistance de surface, Analyse enthalpique Différentielle.  

Mercredi 6 juillet 2011 à 16h - Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Hector MERA CEA-INAC, Grenoble

Are Kohn-Sham conductances accurate?

We investigate the validity of static Kohn-Sham DFT schemes (including generalized Kohn-Sham schemes) for the calculation of the electrical conductance in nanoscale devices. We consider simplified molecular junction models where this problem can be addressed analytically. We find that, due to the lack of dynamical correlation, the Kohn-Sham potential is not a good optical potential to calculate the conductance, since it misses a contribution to the scattering phase shift that determines the conductance. For the same reason the good optical potential to calculate the conductance will typically fail to reproduce the electronic density and is expected to be underbinding in molecules. In this seminar I will derive these analytical results, and discuss the numerical examples which confirm them.

Jeudi 30 Juin 2011 à 16h00 - Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Jean-Yves Veuillen, Co-auteurs : F. Hiebel, L. Magaud, P. Mallet | Institut Néel, Grenoble

Reconstruction dependent graphene-SiC interaction investigated by STM and ab-inito calculations

The interaction of a graphene layer with the environment may alter the electronic properties of the material. Specifically, for supported layers the coupling with the substrate is actually an important issue. We address this question in the case of graphene monolayers grown by preferential sublimation of SiC substrates. The hexagonal SiC wafers have two different faces, called C and Si faces, which exhibit quite different behaviour. It is well established that on the Si face a strong interaction between the first graphitic layer and the SiC surface takes place [1,2], leading to a strong modification of the π bands and to the disappearance of the Dirac cones [3]. On the C face the graphene/substrate coupling was found to be much weaker [3,4], and to depend on the SiC surface reconstruction [4]. We shall present STM and STS data, complemented by ab-initio calculations, which indicate that the interaction is small (resp. moderate) for the (3x3) (resp. (2x2)) reconstructed surface [5,6]. We shall also discuss the role of interface defects in the doping of the surface graphene layer [7].

[1] Kim S et al., Phys. Rev. Lett. 100, 176802 (2008) [2] Varchon F et al., Phys. Rev. B 77, 235412 (2008) [3] Emtsev K Vet al., Phys. Rev. B 77, 155303 (2008) [4] Hiebel Fet al., Phys. Rev. B 78, 153412 (2008) [5] Magaud L et al., Phys. Rev. B 79, 161405(R) (2009) [6] Hiebel F et al., Phys. Rev. B 80, 235429 (2009) [7] F. Hiebel et al., Phys. Rev. B 83, 075438 (2011)

Jeudi 09 Juin 2011 à 11h00 - Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Carmen M. Ruiz Herrero, NEXCIS Photovoltaics

Développement de nouveaux matériaux pour le photovoltaïque : Diagnostic et caractérisation des matériaux

À part le Silicium, il y a  plusieurs semi-conducteurs qui peuvent être utilisés pour fabriquer des cellules solaires. Ces systèmes alternatifs peuvent offrir soit des performances élevées ou des prix de fabrication très faibles. Pour le développement de ces matériaux du laboratoire à la production industrielle il faut parcourir un long chemin dans la compréhension des phénomènes physiques et chimiques qui se produisent,  indispensable pour obtenir un produit final qui soit concurrentiel sur le marché.

Dans cette présentation, nous allons nous concentrer sur deux technologies différentes, les multijonctions à semi-conducteurs III-V pour les cellules à hautes performances, et les systèmes en couches minces polycristallines, qui permettent la fabrication de grandes surfaces à faible coût. En particulier, on discutera l'application des techniques de caractérisations optiques et électriques pour le développement et l'optimisation des rendements dans ces deux technologies.

Mercredi 8 juin 2011 à 11 h - IRPHE amphithéâtre 1, campus de Château Gombert

Soutenance de thèse de Docteur de l'Université de Provence de Nicolas Pons

Modélisation tridimensionnelle multibandes du transport quantique dans les transistors à nanofil.

L’amélioration des performances du transistor MOS passe par la réduction de ses dimensions. Dans quelques années, la longueur de grille des dispositifs va descendre en dessous de 10 nm. A cette échelle, les effets quantiques deviennent prépondérants et dégradent considérablement les performances électriques des transistors à simple grille. Le transistor à nanofil avec grille enrobante est une architecture alternative intéressante pour augmenter le contrôle électrostatique du canal de conduction. Malgré les améliorations apportées par cette architecture, le courant à l’état bloqué reste perturbé par l’effet tunnel dans la direction source-drain. Afin de réduire ce courant sans réduire celui à l’état passant, nous avons étudié l’impact d’un rétrécissement local de la section transverse du canal coté drain (architecture notch-MOSFET). Pour cela, nous avons développé un simulateur 3D basé sur le formalisme des fonctions de Green hors équilibre couplé de façon auto-cohérente avec l’équation de Poisson. Ces calculs sont effectués dans l’approximation de la masse effective. Nous avons ensuite étudié le transport des trous dans les transistors à nanofil de type p, ainsi que l’influence d’une impureté ionisée dans le canal de ces dispositifs. La complexité de la bande de valence a nécessité la mise en œuvre d’un modèle kp à 6 bandes inclus dans le simulateur 3D évoqué précédemment.

Lundi 06 Juin 2011 à 11h00 - Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Lee Chow, Department of Physics, Advanced Materials Processing and Analysis Center , University of Central Florida , Orlando , FL 32816

Solution Growth of CdS thin films and ZnO nanostructures

I will describe our works on two methods of solution synthesis of II-VI semiconducting and oxide thin films. In chemical bath deposition (CBD), thin films were deposited on a substrate from aqueous solutions at low temperaturesthrough heterogeneous nucleation. CBD has the advantage of being a simple, low temperature, and inexpensive large-area deposition technique. Its contribution in the thin film industry has been demonstrated in growing n-type CdS and/or ZnS window layers for CdTe-based and CIGS-based solar cells.

The other method we used to synthesize ZnO nanostructures relies on the homogeneous nucleation of the precursors.The method is typically called hydrothermal synthesis.  Here by controlling the concentration of precursors, pH values, complexing agents, and temperature, various nanostructures of ZnO can be synthesized.  Focused ion beam technique is used to fabricate ZnO nanorods/nanowire gas sensors and UV detectors.

Mardi 31 Mai 2011 à 11h00 - Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Marylise Nastar et Frédéric Soisson, CEA Saclay, SRMP

Décomposition spinodale dans les alliages métalliques. Etude spécifique du système Fe-Cr

Les séparations de phase de type spinodale ont lieu dans les solutions solides initialement instables (par opposition aux cinétiques de germination-croissance observées dans les solutions solides métastables). Elles sont généralement modélisées en utilisant l’équation linéaire de Cahn-Hilliard,  ou par des simulations Monte Carlo cinétiques à l’échelle atomique. Nous proposons de commencer le séminaire par l’étude spécifique des cinétiques de décomposition α-α’ dans les alliages Fe-Cr, avec une comparaison entre les simulations Monte Carlo et les mesures expérimentales (diffusion de neutrons aux petits angles et sonde atomique 3D). On insistera sur les propriétés magnétiques particulières de ces alliages, leurs effets sur le diagramme de phase et les coefficients de diffusion, et in fine sur les cinétiques de précipitation. Dans une deuxième partie nous présentons une nouvelle théorie atomique de champ moyen auto-cohérent (SCMF) de la décomposition spinodale. Une analyse de stabilité linéaire des équations cinétiques nous permet de comprendre les principaux écarts observés entre les prédictions de Cahn-Hilliard et les expériences réelles ou numériques. Nous démontrons que dans une transition rapide comme la décomposition spinodale, il est nécessaire de prendre en compte le couplage cinétique entre le champ de concentration et la relaxation d’un paramètre d’ordre à courte distance. 

Lundi 30 Mai 2011 à 11h00 - Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Lee Chow, Department of Physics, Advanced Materials Processing and Analysis Center , University of Central Florida , Orlando , FL 32816  

Focused Ion Beam Fabrication of Carbon Nanotube Devices

In the last 15 years, focused ion beam (FIB) instrument has gained widespread recognition as an important tool for nanoscience and nanotechnology research.  Modern FIB instrument combined the focused ion beam column with a scanning electron microscope column and a gas delivery nozzle, becomes one of the most versatile tools in a material research laboratory for (a) material removal (sputtering), (b) material deposition, and (c) imaging applications.  In this talk, I will describe the FIB fabrication of carbon nanotube nanodevices.  We will discuss in general the challenges and difficulties we are facing with and the techniques we used to overcome these challenges.  A new configuration of CNT that enable us to carry out FIB fabrication of CNT devices without damaging to the CNT is also described.

Vendredi 27 mai à 14h00 - Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Roland Hayn, Im2np, Equipe TMS

Méta-cinabre (ß-HgS) : un nouvel isolant topologique

Les isolants topologiques sont devenus l’un des sujets brûlants de la physique. Ce nouveau type de matériaux agit à la fois comme isolant et comme conducteur et est très prometteur pour la spintronique. Les calculs ab-initio ont montré que HgS dans sa forme zinc blende appartient à ce type. Ses états de surface métalliques sont extrêmement anisotropes à la différence des autres isolants topologiques connus auparavant.

Jeudi 26 Mai 2011 à 11h30 - Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Prof. Danielle Arribet-Deroin, LAMOP UMR 8589 Université Paris1-Panthéon-Sorbonne CNRS

Les innovations dans l’industrie du fer à la fin du Moyen Âge

Le Moyen Âge européen est le lieu d’innovations techniques majeures dans la production de fer, conséquences de l’adaptation à cette industrie de l’énergie hydraulique.

Depuis que le fer est fabriqué en Occident, il l’est dans un bas fourneau selon la méthode dite « directe ». Le minerai de fer est chauffé avec le charbon de bois, éventuellement après grillage, et réduit en phase solide en une masse de fer qui est recueillie à la base de l’appareil. Les fourneaux ont des formes et des tailles variées selon les époques. Les ateliers sont organisés de diverses manières, de l’appareil isolé à la batterie de fourneaux, et la production s’organise en districts d’importance variable selon les époques. Cette industrie est connue essentiellement grâce à l’archéologie.

Durant le Moyen Âge central, à partir surtout des XIe-XIIe siècle, plusieurs artisanats commencent à utiliser l’énergie hydraulique, ce qui conduit à une certaine mécanisation, notamment dans le domaine du foulage du drap. Le fer n’échappe pas à cette évolution : à côté des simples meules à aiguiser, des marteaux et soufflets hydrauliques sont utilisés dans le cadre de la métallurgie primaire. Les forges hydrauliques se multiplient à partir de 1300. Elles permettent une plus grande disponibilité du fer, ainsi que son utilisation pour des produits nouveaux, notamment les grandes pièces de fer qui arment les cathédrales gothiques. Situées près des cours d’eaux alors qu’auparavant la présence de minerai de fer était le principal facteur de localisation des fourneaux, ces usines à fer nécessitent des aménagements hydrauliques, entraînant des investissements de la part notamment des seigneurs laïcs ou ecclésiastiques. La consommation de minerai et de combustible augmente également, ce qui entraîne une pression plus grande sur les forêts.

La méthode dite « indirecte » d’élaboration du fer est la conséquence de l’utilisation de l’énergie hydraulique. Au sein du fourneau, les hautes températures atteintes grâce à la soufflerie hydraulique permettent aux matières de passer en phase liquide. Le produit obtenu est la fonte, alliage fer-carbone qui n’a pas les mêmes usages que le fer. Il peut être moulé en objets (boulets, marmites, taques de cheminées, etc.) mais ne peut être forgé. La fonte est donc en grande partie affinée dans un second atelier, l’affinerie, afin de donner du fer.

Les nouveaux établissements composés du couple haut fourneau-affinerie, qui apparaissent sans doute en premier lieu dans la région rhénane et mosane au XIVe siècle, permettent de produire de grandes quantités avec une main d’œuvre réduite. Ils se diffusent dans la France du Nord et en Angleterre, surtout à partir de 1450 à la faveur de la reprise postérieure à la guerre de Cent Ans.

Si la méthode indirecte n’est pas adoptée dans le sud de la France, notamment dans l’espace pyrénéen qui perfectionne la forge à la catalane, des procédés voisins sont pratiqués en Italie et dans une grande partie de l’Europe. C’est elle qui, sans changement majeur sauf dans le domaine de l’affinage, fut la base de la croissance de l’industrie sidérurgique à l’époque de la révolution industrielle.

Vendredi 20 Mai à 11h00 - Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Tony Cafolla, Dublin City University

Porphyrins on metals: Electronic Structure and Surface Conformation

Due to their unique properties porphyrins are widely used in many technological applications such as sensors, pigments applications, cancer therapy, artificial photosynthesis, nonlinear optics, and nanomaterials. In this talk I will present some recent results for porphyrin and metalloporphyrin molecules absorbed on metal surfaces. In the first part of the talk I will describe investigations of the chemical bonding and electronic structure of a series of Ni(II) porphyrins performed by means of high-resolution soft X-ray absorption spectroscopy. These results show that the low-lying unoccupied electron states in nickel porphyrins may be described by a NiN4 quasi- molecule. In the second half of the talk I will discuss recent attempts to form covalently bonded porphyrin networks. I will present STM and spectroscopy data for these systems and show how these experiments provide direct evidence for the formation of an intermediate metal complex between the porphyrin molecules and the metal surface.

Jeudi 19 Mai 2011 à 11h00 - Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Romain Breitwieser, Laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques, Université Paris 7

Controlling the magnetic properties in nanostructured hybrid systems

(i)                  Ferromagnetic/Semiconductor: 

Thin MnAs layers epitaxially grown on GaAs(001) are used as a template for the growth and magnetization control of thin Fe layers. Fe magnetization reversal can be obtained by changing the temperature of the Fe/MnAs/GaAs(001) system over the range covering the ferromagnetic/paramagnetic (FM/PM) phase transition of the template. One of the main conclusions is that, close to ambient temperature, both parallel and antiparallel configurations of Fe and MnAs magnetizations could be stabilized. Moreover, Fe magnetization can be reversed by fine tuning the temperature, without applying external magnetic fields.           

(ii)                Organic/Ferromagnetic:

Concerning hybrid FM/organic/FM heterostructures, pioneer studies have shown interesting properties for spintronic applications as magnetoresistance (up to 300%) and a long time of spin relaxation through organic layers (few ms). The spin polarized current through a tunnel junction is peculiar to the presence of organic self-assembled monolayers (SAM) barrier. However, the understanding of how an organic/FM interface changes the magnetic behavior of the electrode is an important missing piece in this framework. Using Scanning Tunnel Microscopy (STM) the growth of the monolayers on Co was studied and, thanks to Magneto-Optical Kerr Effect (MOKE) measurements, we investigated how the SAM modifies the magnetic properties (notably the magnetic anisotropy) of Co islands and thin films.

Mardi 17 mai 2011 à 11h00 - Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Abdelmajid Mesli, directeur de recherche CNRS, Im2np

Les défauts ponctuels dans les semi-conducteurs (1/5)

I) Séminaire 1 : Définitions préliminaires et contexte
A)    Pourquoi les défauts ponctuels et pourquoi dans les semi-conducteurs ?
·        Le défaut comme élément essentiel à la création d’une fonctionnalité
·        Défaut utile et défaut néfaste : quelques exemples
·        Le rôle clé des auto-interstitiels et lacunes dans tout processus technologique
B)     Pourquoi le cristal parfait n’existe pas ? : exemple de la formation de la lacune
C)    Par quel mécanisme un défaut ponctuel se meut dans le cristal et où stabilise-t-il ?
·        La diffusion via les sites interstitiels purs n’impliquant pas de défauts
·        La diffusion impliquant l’auto-interstitiel
o       Via le mécanisme « interstitialcy »
o       Via le mécanisme « Kick-out » 
·        La diffusion impliquant la lacune
o       Via le mécanisme lacunaire
o       Via le mécanisme dissociatif ou Frank-Turnbull
·        Différence majeures et similitudes entre ces divers mécanismes
D)    Stabilisation en site substitutionnel et site interstitiel : rôle du champ cristallin
·        Etude du cas de l’atome d’Au dans le silicium 

Jeudi 12 Mai 2011 à 11h00 - Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Piotr Kruszewski, Institute of Physics, Polish Academy of Sciences, Division of Solid State Spectroscopy, Al. Lotnikow 32/46, 02-668 Warsaw , Poland

Energy barriers in the processes of charging and discharging InAs quantum dot states buried in GaAs

The seminar will focus on a part of my PhD work which aimed at characterizing the electro-optical properties of electron and hole bound states in InAs/GaAs quantum dots. The goal was to compare our results, based on transport experiments (DLTS, Laplace DLTS, MCTS and Photocurrent), with those published in papers [1-2] (based on AFM and PL techniques) and with some theoretical calculations [3] predicting a close correlation between the size of InAs quantum dots and the thickness of InAs deposited onto GaAs substrate. Creation of quantum dots with larger dimensions is predicted to deepen the bound states in the quantum well [3].

Photocurrent (PC) technique has been used to measure the dot-related light absorption process.  For example, measuring the photocurrent in the sub‑bandgap spectral range allowed evaluating the energy necessary for the creation of excitons in both ground and excited states. Moreover, while increasing the temperature the dot-related photocurrent peaks shift to lower energies with the same rate as the shrinkage of the band gap of GaAs whereas we would have expected to observe a correlation of the shift with the band gap of InAs instead. It is also shown that the electric field can efficiently enhance carrier’s emission from bound states by reducing the recombination rate in the dots. These studies revealed that the dots properties are rather controlled by the GaAs matrix in which they are buried rather than by the macroscopic properties of the InAs itself.

The InAs/GaAs quantum dots were also analyzed by spectroscopy techniques such as DLTS, Laplace DLTS and MCTS rather known in the defect community. These techniques allowed us to quantify the bound states in the InAs/GaAs quantum dots for both type of carriers (electrons and holes). They also allowed the determination of the coulomb blockade of the s-states in the dot. It is the first time that this quantity has been determined by an approach usually devoted to study defects in semiconductors.

References:

[1] L.G. Wang et al., Phys. Rev. B 62, p. 1897 (2000)

[2] A. Polimeni et al., Phys. Rev. B 53, p. R4213 (1996)

[3] P. Hawrylak and A. Wójs, Semicond. Sci. Technol. 11, p. 1516 (1996)

Jeudi 5 Mai 2011 à 11h00 - Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Evgueny Meltchakov, Laboratoire Charles Fabry, Institut d'Optique Graduate School, Palaiseau

Développement de nouvelles multicouches à base d'aluminium pour applications dans l'extrême ultraviolet

Les miroirs interférentiels multicouches basés sur une structure périodique de films minces d’épaisseur nanométrique, ont largement démontré leur intérêt dans de nombreux domaines scientifiques et technologiques: lithographie à 13.5 nm, optiques pour rayonnement synchrotron, diagnostiques de plasma chaud, ainsi que l’imagerie solaire dans l’extrême ultraviolet (EUV). Cependant, l’émergence de nouvelles sources et de nouveaux instruments dans l’EUV nécessite de composants optiques possédant des fonctions spécifiques (filtrage, déphasage, rejet de certaines bandes de longueur d’onde, etc.). Cela nous amène à reconsidérer les structures et les matériaux usuellement utilisés afin de réaliser des optiques multicouches à haute efficacité en termes de réflectivité et sélectivité spectrale. Nous avons mené une étude pour améliorer les propriétés optiques des miroirs interférentiels en utilisant l’aluminium comme un matériau peu absorbant pour les longueurs d’onde supérieures au seuil d’absorption (au-delà de 17 nm). Nous présentons les résultats théoriques et expérimentaux obtenues avec les nouvelles structures multicouches à base d’aluminium pour la gamme spectrale entre 17 et 35 nm.

 

Lundi 2 Mai à 14 heures - Amphithéâtre Rouard, campus de Saint Jérôme, Marseille

Soutenance de thèse de Docteur de l'Université Paul Cézanne de Nicolas Vaxelaire

Etude des Inhomogénéités de Déformation dans les Films Minces Polycristallins par Diffraction X Cohérente

Les comportements mécaniques des films minces polycristallins sont encore mal compris à l’échelle sub-micronique. En particulier des hétérogénéités locales de déformation importantes sont attendues, mais elles restent difficile à quantifier expérimentalement. Les nouvelles possibilités offertes par les micro-faisceaux synchrotron de rayons X ont donc été utilisées dans ce travail pour éclairer cette problèmatique.  Une réflexion de Bragg provenant d’un grain unique sub-micronique a été acquise avec une très bonne résolution dans l’espace réciproque en trois dimensions lors d’un cycle thermique. Les propriétés de cohérence du faisceau ont été utilisées pour reconstruire à trois dimensions une composante du champ de déplacement intra-grain avec une résolution d’une vingtaine de nanomètres dans les trois directions. Cette technique est basée sur des algorithmes de reconstruction de phase qui néanmoins connaissent des stagnations dans le cas des échantillons fortement déformés. Une méthodologie basée sur la connaissance de la forme du grain a donc été développée pour contourner ces difficultés. Des analyses complémentaires de diffraction X de laboratoire et de microdiffraction monochromatique ont également mis en évidence des hétérogénéités importantes de déformation entre les différents grains.

Mots clés : Diffraction X Cohérente, Reconstruction de Phase, Micro-diffraction X, Polycristaux, Déformations, Contraintes, Elasticité , Simulation Eléments Finis

Vendredi 8 avril 2011 à 14 h : salle A51, campus de Saint Jérome (séminaire de l'Equipe TMS, "échanges expérience - théorie")

Séminaire de R. Gabriel Elias, Im2np Equipe TMS

Le point de Bloch.

La minimisation de l’´energie libre d’un mat´eriau ferromagn´etique nous donne une solution de type monopole pour l’aimantation (point de Bloch). Nous obtenons une solution qui est r´eguli`ere en son centre, avec un angle d’inclinaison non nul dans la direction azimutale. Nos simulations micromagn´etiques permettent de tester la stabilit´d’une telle solution.

Jeudi 7 Avril 2011 à 11h00 - Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Séminaire de Prof. Viktor Strelchuk, V. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, NAS of Ukraine, pr. Nauki 45, 03680 Kyiv, Ukraine, e-mail: strelch@isp.kiev.ua

Submicron Raman and luminescence spectroscopy of semiconductor nanostructures

Nowadays optical micro-spectroscopy is actively used to investigate spatial distributions of structural and electron properties of semiconductor nanostructures. Current report is based on original optical investigations using triple Raman-luminescence spectrometer Horiba Jobin Yvon T64000, equipped with confocal microscope, automated piezo-driven X,Y,Z stage with scanning step of 100 nm and liquid helium micro-cryostat. Measured spectra were excited with Ar-Kr and He-Cd laser lines. Exciting radiation was focused on the sample surface to the spot of 1 0.5 - 1 µm in diameter. Complex approach using Scanning confocal Raman and Photoluminescence spectroscopy in combination with X-ray diffraction, SEM and AFM microscopy and SQUID measurements was used to resolve following problems:-       Investigations of spatial distribution of deformations and crystal quality of nitride layers in In_xGa_1−xN/GaN multilayer light-emitting diodes (LED). As a result, the direct evidence of the asymmetric gradient profile of strain distribution and crystal quality of the epitaxial nitride layers along their growth direction in LED structures was obtained. Depth profiles of radiative recombination of non-equilibrium charge carriers in ingan/GaN LED at 3,81 eV were analyzed;- Investigations of stress, free carrier mobility and concentration profiles of n⁺/n₀/n⁺-GaN diode structures grown on (0001) sapphire and 4H-SiC substrates. Free carrier concentration and mobility in the GaN layers were obtained from a line shape analysis of the ω^–, ω⁺ coupled phonon-plasmon modes. The depth profiles of the plasmon and phonon damping, plasmon frequency, free carrier concentrations and mobility in the GaN layers were determined. The carrier concentration and mobility depth profiles were found to exhibit considerable nonuniformity and changes at different laser pump-power excitations. - Investigations of structural, optical and magnetic properties of high-quality 5 and 15% Co-doped ZnO films grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy on (0001)-sapphire substrates. Magnetic force microscopy and SQUID measurements showed clear ferromagnetic behavior of the films up to room temperature whereas they were antiferromagnetic approximately below 200 K. Temperature dependence of the carrier mobility was determined using Raman line shape analysis of the longitudinal-optical-phonon-plasmon coupled modes. The microscopic mechanism for ferromagnetic ordering was shown to be coupling mediated by free electrons between spins of Co atoms. The pronounced outgoing multiphonon resonance behavior for the LO phonons under sub-band gap excitation in hexagonal Zn_1-xСо_xO films was demonstrated for the first time.  New interpretation of resonance Raman scattering in Zn_1-xСо_xO combining with the extrinsic Fröhlich interaction mediated via a localized exciton bound to the isoelectronic impurity in which the electron is strongly localized at the magnetic ion was proposed. This model assumes formation of intermediated sub-band electronic excited states of isoelectronic magnetic dopant, which are also referred as charge transfer processes. - Investigations of spatial distribution of concentration In (Al) and elastic strains in double-period InAs/AlAs/AlGaAs structures with self-assembled InAs islands via depth scanning of the investigated structure. Spatial profiles of strains and structural quality in strained layers were obtained from analysis of Raman depth-spectra.  - Spatial mapping of phase composition and strains distributions in single silicon nanowires. In the Raman spectra of investigated Si nanowires, along with phonon band of cubic diamond phase (Si I) at 521 cm^-1, additional phonon bands at 516 and 496 cm^-1 related to hexagonal wurtzite phase (Si IV) were observed. Spatial distribution of these Raman bands around single Si nanowire reveals coexistence of both phases along the wire length, even if with variable contributions.

Lundi 4 Avril 2011 à 14h30 - Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Séminaire de Sylvie Malo, Laboratoire CRISMAT, Caen

Caractérisations structurales et microstructurales par microscopie électronique en transmission de nouveaux oxydes de métaux de transition et de nanomatériaux

La recherche de nouveaux oxydes de métaux de transition présentant des structures originales et/ou des propriétés physiques particulières représente une part importante de mes activités de recherche. Un des points essentiels de la recherche en chimie du solide est la compréhension des mécanismes reliant la structure ou nanostructure d’un matériau à ses propriétés physico-chimiques. La microscopie électronique en transmission associée à l’analyse spectroscopique par dispersion d’énergie permet d’observer à la fois le réseau réciproque (diffraction électronique) et le réseau réel (image haute résolution) et de déterminer localement la composition cationique du microcristal étudié. L’apport de cette technique en chimie du solide sera particulièrement illustré pour 3 familles de composés : les oxydes de manganèse de formulation générale AMnO3, les oxydes A/Sr/Fe/O et les oxydes de tellure présentant une valence mixte du tellure. Suite à ces exemples de travaux de recherche sur des oxydes cristallisés, quelques études de nanomatériaux par MET seront présentées.

Mardi 29 Mars 2011 à 14h30 - Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Séminaire de Zaoli Zhang, Erich Schmid Institute of Materials Science, Austrian Academy of Sciences

Atomic and electronic studies of defects in oxide and metal nitride by advanced transmission electron microscopy

The first part of this talk will be about dislocations in oxides.  Experimental studies of screw dislocation cores for GaN , Mo etc. indicate a correlation of the screw dislocation core structure with the electrical properties and the plasticity. A general difficulty of screw dislocation studies by HRTEM is that the displacement field has components only along the dislocation line which is also the observation direction. Therefore the contrast is usually almost identical to the perfect crystal lattice. This “projection problem” is not present for analytical TEM studies which therefore contain important additional information. It was shown that the electronic and atomic structure of dislocation cores in SrTiO₃ is closely correlated with the plastic behavior and the strong blocking effect for charge transport.  
In this talk, a [100] twist low angle grain boundary in SrTiO₃, consisted of screw dislocation network, was systemically studied by means of conventional transmission electron microscopy (CTEM), high-resolution (HRTEM), lattice distortion analysis, and electron energy-loss spectroscopy (EELS). HRTEM images show that the image contrast in screw dislocation core region is different from the surrounding bulk. Image analysis reveals that compared with an ideal screw dislocation the dislocation core is expanded. The EELS spectra show a small increase of the Ti/O ratio but no significant change of the Sr/Ti ratio in the core region. Ti-L_2,3 EELS spectra show a reduction of Ti in the screw dislocation cores as well as a reduced crystal field splitting which is both in accordance with a loss of oxygen.
In the second part, I will show the recent results about the structural studies of VN (CrN)/MgO (001) interface using aberration-corrected HRTEM, EELS, and ab-initio density functional theory (DFT). By HRTEM, under the conditions of negative spherical aberration we show an atomic resolution structure of epitaxially grown VN (CrN) film on MgO with a clearly resolved oxygen and nitrogen sub-lattice across the interface. As revealed by DFT calculation, the (002) interplanar spacing oscillates in the first several VN layers across the interface. Interfacial chemistry determined by EELS analysis shows the preponderance of O and V atom at the interface of VN/MgO, and V-L_2,3 and O-K edges at the VN/MgO interface obtained by ELNES and the spatial difference analysis show slightly discrepancy from the bulk, a small detectable core-level shift as compared to the bulk.

Vendredi 25 mars 2011 à 14 h : salle A51, campus de Saint Jérome (séminaire de l'Equipe TMS, "échanges expérience - théorie")

Séminaire de Tineke van den Berg, Im2np Equipe TMS

L’effet Hall de spin - Influence d’impuretes magnetiques.

Dans ce s´eminaire, on parlera de l’effet Hall de spin et de l’influence d’impuret´es magn´etiques dans une phase paramagn´etique. On verra que la conductivit´e ne disparaˆıt pas en pr´esence d’impuret´es magn´etiques. Utilisant le formalisme de la r´eponse lin´eaire on montrera comment la conductivit´de spin d´epend de la fr´equence du champ appliqu´e, du d´esordre et de l’´energie de Fermi.

Séminaire de Franck Dahlem, Max-Planck-Institute for Solid State Research, Stuttgart, Allemagne & Institut Néel, CNRS et Université Joseph Fourier, Grenoble, France

Sonder les propriétés électriques de semiconducteurs et supraconducteurs par microscopie locale cryogénique

Les sondes locales fonctionnant à très basse température permettent d'obtenir une description microscopique de divers phénomènes électriques quantiques. Lors de ce séminaire, nous présenterons nos récents résultats qui illustrent l'importance de ces sondes cryogéniques. Le premier exemple concerne les propriétés supraconductrices du silicium [1] et du diamant [2] fortement dopé en atome de bore. Pour ces semiconducteurs supraconducteurs, le gap dans la densité d'états électroniques a pu être mesuré localement grâce à un microscope à effet tunnel (STM) installé dans un réfrigérateur à dilution. Le deuxième exemple traite de la distribution du potentiel électrostatique dans un système d'électrons bidimensionnel soumis au régime adiabatique de l'effet Hall quantique [3]. Ces mesures ont été réalisées sur des hétérostructures semiconductrices de (Al,Ga)As/GaAs avec un microscope à champ de force électrostatique (SFM) fonctionnant à 1 Kelvin et sous champ magnétique intense (13 Tesla). En relation avec ces travaux, nous présenterons aussi des premiers résultats obtenus en collaboration avec l'équipe 'réactivité et diffusion aux interfaces' de l'IM2NP.

[1]  F. Dahlem, T. Kociniewski, C. Marcenat, A. Grockowiak, L. M. A. Pascal, P. Achatz, J. Boulmer, D. Débarre, T. Klein, E. Bustarret and H. Courtois, Phys. Rev. B 82 (R), 140505 (2010).[2]  F. Dahlem, P. Achatz, O. A. Williams, D. Araujo, E. Bustarret, and H. Courtois, Phys. Rev. B 82, 033306 (2010).[3]  F. Dahlem, E. Ahlswede, J. Weis, and K. v. Klitzing, Phys. Rev. B 82 (R),121305 (2010).

Jeudi 20 janvier 2011 à 11h - Lieu : Amphithéâtre 2, IRPHE, Technopôle de Château Gombert, Marseille

Séminaire de Sylvain BARRAUD CEA-LETI-MINATEC

Les transistors à nanofil pour la technologie CMOS : une nouvelle opportunité