L’objectif de ce travail concernait l’étude de la croissance cristalline du siliciure d’erbium sur des surfaces de silicium (111). Nous l’avons complétée en étudiant également l’interaction de l’erbium avec le germanium (111).

 

Nous nous sommes particulièrement intéressés au mode de croissance à chaque interface, aux diverses structures cristallines en présence, et à certaines de leurs propriétés électroniques.

 

L’interface Er/Si(111) 7x7 s’est révélée être un système complexe, présentant de nombreuses reconstructions, avec un mode de croissance couche par couche. La microscopie STM a, en particulier, permis d’observer des reconstructions métastables invisibles en photoémission et de confirmer l’absence de lacunes à la surface du siliciure 3D ErSi1,7.

 

Dans la gamme de la sous-monocouche, les images STM ont montré la présence de nouvelles structures dont la croissance s’initie préférentiellement pour un taux de recouvrement inférieur à la demi-monocouche. Deux d’entre elles (2Ö3x2Ö3 R30° et 5x2) sont moins stables que le siliciure 2D. Elles disparaissent lors d’un recuit prolongé, au profit de la forme stable 2D ErSi2 et d’une nouvelle structure 3D reconstruite 2x1.

 

Dans le but de pouvoir modifier à volonté la réactivité de la surface, nous avons utilisé un substrat de silicium (111) d-dopé bore. Pour cette nouvelle interface Er/Si(111) d-dopé bore, nous avons rencontré un système beaucoup plus riche que nous l’espérions. Pour des concentrations de bore maximales, seuls les siliciures stables 2D et 3D ont été observés. Même sur une surface passivée, la réactivité de l’erbium est très importante. Le bore reste à l'interface.

 

Cependant, le bore modifie la qualité cristalline et le caractère électronique du siliciure en induisant respectivement des contraintes et une transition semimétal-métal. Dans ce système, le bore induit un transfert de charges qui diminue la diffusion latérale et perturbe ainsi la croissance du siliciure d’erbium.

 

En diminuant la concentration de bore à la surface, nous avons constaté d’importantes modifications à l’interface. Dans ces conditions, dans la gamme de la sous-monocouche, l’interaction erbium/surface conduit à la formation d'une reconstruction de périodicité 2Ö3 déjà observée dans le cas de l’interface Er/Si 7x7, ainsi que deux types de siliciure 2D. De plus, en résolution atomique, les images STM ont montré une nette réduction des contraintes dans les siliciures stables 2D et 3D.

Malgré l’absence de données expérimentales autres que celles du STM, en procédant par analogie avec l’interface Er/Si, nous avons pu établir quelques caractéristiques du système Er/Ge(111). Nous avons essentiellement observé deux types de composés ErGe2-x stables, avec des cristallographies probablement similaires aux siliciures d’erbium 2D et 3D, ainsi qu’une structure métastable dépendant de la densité locale d’atomes d’erbium et de la température de recuit.

 

L’efficacité du microscope à effet tunnel n’est plus à démontrer. Ses capacités d’investigation à l’échelle nanométrique nous ont permis de comprendre les mécanismes de formation des siliciures, impossibles à analyser correctement par les seules techniques d’analyse intégrale. Mais il faut également reconnaître qu’une compréhension complète et objective sur la seule base des observations STM semble délicate. Dans ce travail, les informations fournies par d'autres techniques expérimentales, comme la photoémission, ont permis une analyse complète des interfaces Er/Si 7x7 et Er/BÖ3.

 

Il est, à ce stade, possible d'énoncer quelques perspectives en prolongement de notre travail.

 

         Les images STM en résolution atomique ont clairement montré l’importance des effets spectroscopiques sur la reconstruction Ö3xÖ3 R30° du siliciure 3D. Il conviendrait d’effectuer, par des mesures It(V), une étude spectroscopique complète du siliciure, pour déterminer exactement l’influence des lacunes sur la structure électronique de la surface.

 

La microscopie à force atomique en mode résonant (AFM non contact), en cours d’installation au laboratoire, pourrait permettre d’obtenir des informations sur la structure atomique du siliciure 3D.

 

         Avec le récent avènement du microscope STM à température variable, une étude en temps réel de la croissance du siliciure d’erbium serait également intéressante et permettrait d'affiner notre analyse sur le processus de transformation de la phase 2Ö3x2Ö3 R30° en siliciure ErSi2/2x1.

 

         Des études récentes en photoémission sur l’hydrogénation du siliciure d’erbium ont montré des modifications importantes de la structure électronique et de la structure atomique. Plus particulièrement, il a été observé, sur les spectres de photoémission, une modification de la signature caractéristique des liaisons pendantes du siliciure 3D ErSi1,7, liées à la présence de lacunes. Cette observation est attribuée à une passivation des liaisons pendantes par l’hydrogène. Ces travaux suggèrent une modification significative de la surface des siliciures qui serait intéressante à étudier par microscopie STM.

 

         Il pourrait également être intéressant d’étudier d’autres interfaces TR/Si(111) afin de mettre en évidence le rôle du rayon covalent et de la valence sur l’existence de surstructures.

 

         Enfin, le système Er/Ge(111) a présenté de nettes similitudes avec l’interface Er/Si(111). Par analogie, il a été permis de proposer des structures cristallographiques de type AlB2 pour les composés ErGe2-x. Compte tenu des liens indissociables entre la structure atomique et la structure électronique, il serait intéressant de mesurer les courbes de dispersion de ces composés pour confirmer nos résultats et déterminer les propriétés électroniques.