Une technique de choix pour la croissance des oxydes maille par maille : l'ablation laser à très basse pression ou 'laser-MBE'

摘要

This paper present an important evolution of classical pulsed laser deposition , allowing for cell-by-cell control of oxide thin film growth. To achieve this goal the oxygen pressure must be reduced during the deposition process, thereby making possible the use of « in-situ » characterisation techniques. As a consequence of this reduced oxygen pressure environment an oxidizing agent stronger than molecular oxygen must be used to realise complete oxidation of the growing film. Herein we describe a new laser ablation system having two different oxidation sources, both a continuously functioning R.F. atomic oxygen source and a pulsed molecular oxygen source, whose valve is synchronized with the laser repetition rate. The RHEED technique is used as an in-situ monitor of two important parameters during film growth. The structural quality of the film is monitored and the thickness of the deposited film is measured using the intensity oscillations of the specular beam. Preliminary studies have shown that one period of oscillation of the specular beam corresponds to the deposition of one cell, implying that, when the cell parameter along the growth direction is known, the number of observed oscillations can be directly related to the film thickness. This is very important for the realisation of microelectronic devices where interfacial roughness and active-layer thickness have to be precisely controlled.%Cet article présente une évolution importante de l'ablation laser classique permettant une croissance contrôlée maille par maille de films d'oxydes. Ce type de croissance est rendu possible par une diminution très importante de la pression d'oxygène utilisée au cours du dépôt ce qui permet alors l'utilisation de techniques de contrôle "in-situ". Cette diminution de la pression d'oxygène impose alors, pour obtenir une bonne oxydation du film préparé, l'utilisation d'un oxydant plus énergique que l'oxygène moléculaire. Dans le système présenté dans cet article, notre choix s'est porté sur l'utilisation simultanée d'une source d'oxygène atomique fonctionnant en continu et d'une vanne puisée d'oxygène mol╚ulaire, synchronisée avec la fréquence du laser. Le contrôle de la croissance du film au cours du dépôt est réalisé par la technique RHEED qui nous permet à la fois de vérifier la continuité de la structure en cours de dépôt et, par l'intermédiaire des oscillations d'intensité de la tache spéculaire, de déterminer le nombre de mailles déposées. Des essais préliminaires ont, en effet, montré que le dépôt d'une épaisseur correspondant au paramètre cristallin du film le long de sa direction de croissance, se traduit par l'observation d'une période d'oscillation de l'intensité de la tache spéculaire. Ce dernier résultat est extrêmement important si on désire, pour la réalisation de dispositifs, contrôler de manière très précise l'épaisseur des oxydes déposés ainsi que la rugosité des interfaces.