Epitaxial growth of Sb-based heterostructures on highly mismatched substrates for field effect transistor applications

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Abstract
Croissance épitaxiale d'hétérostructures antimoniées sur substrats fortement désadaptés en maille pour applications aux transistors à effet de champ: La nécessité de diminuer la consommation à la fois des systèmes autonomes communicants à haute fréquence et des circuits CMOS implique l’utilisation de transistors fonctionnant sous faible tension d’alimentation. Les performances des composants à base de silicium se dégradant rapidement dans ce régime de fonctionnement, les semiconducteurs III-V à faible bande interdite sont aujourd’hui envisagés comme une alternative. Parmi ceux-ci, l’InAs paraît le plus prometteur. Dans ce contexte, ce travail a pour but d’ouvrir la voie à l'utilisation d’un canal à base d'InAs pour les systèmes analogiques et numériques. Plus précisément, nous étudions la croissance par épitaxie par jets moléculaires des hétérostructures InAs/AlSb sur des substrats (001) GaAs et GaP par l’intermédiaire d'une couche tampon Ga(Al)Sb. La microscopie à force atomique, la microscopie électronique en transmission et la diffraction d’électrons de haute énergie sont utilisées afin de mettre en évidence l’influence critique des conditions de croissance sur la nucléation des antimoniures. Cette étude sert de base à l’optimisation de canaux InAs à haute mobilité sur ces deux substrats fortement désadaptés en maille. Les résultats obtenus dans le cas de GaP sont ensuite étendus au cas de pseudo-substrats commerciaux GaP/Si de haute qualité cristalline pour l’intégration de matériaux à base d’InAs sur des substrats Si (001) exactement orientés. Des mobilités électroniques atteignant 28 000 cm-2.V-1.s-1 à 300K et supérieures à 100 000 cm-2.V-1.s-1 à 77K sont démontrées.

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