Les films d’oxyde d’erbium Er2O3 sont utilisés en microélectronique et en photonique. Le dépôt de tels films est réalisé en général par voie chimique (sol-gel, phase vapeur), ou par voie physique (pulvérisation). Dans cette étude réalisée dans le groupe NIMPH du CIMAP, des films d’Er2O3 ont été déposés sur des substrats de Si par dépôt ALD à partir d’un précurseur de (tris(méthylcyclopentadiényl)erbium (III) et d’eau. Cette technique de dépôt présente un intérêt majeur pour la réalisation de dépôts conformes, à basse température, de films minces de grande qualité. L’évolution des propriétés structurelles et optiques des films de Er2O3 synthétisés a été étudiée en fonction des conditions de fabrication. Les films sont directement cristallisés sous la forme cubique de Er2O3 et présentent des contraintes en compression. Le recuit isochrone de 30 min dans une gamme de température de 600 à 1100°C (TR) sous flux d’azote, qui permet la relaxation de ces contraintes, s’accompagne d’une diminution des paramètres de maille et d’une augmentation de la taille du domaine cohérent (Fig. 1b). Pour les films recuits à haute température (TR>900°C), la formation d’une phase de silicate d’erbium a été observée (d’épaisseur 23.5 nm pour le film recuit à 1100°C). Cette phase s’est formée en raison de la diffusion de Si à partir du substrat dans le volume du film. L’émission des ions Er3+ observée s’accompagne d’un affinement des pics croissant avec TR, confirmant la cristallisation de la matrice hôte des ions Er3+. Sous excitation UV, les lacunes d’oxygène et les ions Er3+ contribuent à l’émission lumineuse, mais aucun transfert d’énergie des lacunes vers les ions Er3+ n’a été démontré. Cette étude ouvre la voie à la croissance par la technique ALD de nouveaux films minces d’oxydes complexes pouvant être dopés ou non avec des propriétés optiques et/ou électriques optimales.
Contact : Julien Cardin (02 31 45 26 64)