Il est connu que lorsque l'on met en présence un gaz de trous bidimensionnel dans un puits quantique de semi-conducteur semimagnétique, il s'établit une phase ferromagnétique. Des structures à base de semi-conducteur II-VI (tellurures) ont été réalisés par Epitaxie par Jets Moléculaires afin de démontrer la possibilité de contrôler la transition ferromagnétique. Ceci a été obtenu indépendamment sur des diodes pin par application d'une tension de polarisation, sur des structures pip par modification de la densité de trous grâce à un éclairement, et par le jeu des contraintes et du confinement imposés au puits. De plus, une méthode de dopage p par la surface a été développée : il s'agit de la création d'états accepteurs de surface par oxydation à l'air. Nous avons effectué un suivi de l'oxydation afin d'identifier les espèces formées, et montré que le dopage est très sensible à l'épaisseur de la barrière de surface.

I started research using synchrotron radiation (at LURE-Orsay and SRS-Daresbury) during my PhD-Thesis, between 1985 and 1988, mostly using X-Ray Absorption Fine Structure (XAS-EXAFS) and Diffuse Scattering, to investigate the structural properties of alloys, in parallel with laboratory physical metallurgy studies2. I next spent one and a half year as a postdoc at Bell-Labs, where I learnt the bases of Grazing Incidence X-Rays Scattering/Diffraction (GIXS/GIXD), both at NSLS (Brokhaven)3,4 and PEP (Stanford)5. I was employed at the CEA in 1990 to develop synchrotron radiations studies of surfaces and thin films. Between 1990 and 1992, I first built a beamline (in collaboration) and a surface diffractometer6 at LURE, on the supraconducting wiggler, in which I performed first surface diffraction (SRXD) experiments. At that time, I choose to investigate the atomic structure of metal-oxide surfaces by SXRD7,8, as well as the in situ growth of metal on oxide by GIXS and GIXD9, performing also the first in situ Grazing Incidence Small Angle X-Ray Scattering (GISAXS) measurements with a punctual detector. Then I have been quickly involved in the development of the French Interface CRF/BM32 beamline at the ESRF, where I co-developed (with Robert Baudoing-Savois) a new surface diffractometer10, associated with a large UHV chamber equipped with Molecular Beam Epitaxy (MBE). This instrument went in operation in 1996. I continued the study of oxide surfaces11 and metal-oxide interfaces12-15, there and on different ESRF beamlines, combining SXRD, GIXS, GIXD and 0D-GISAXS. This was a fast developing and very gratifying period, which was partly summarized in 1998 in a review paper13. In 1999, I developed a complete instrument on the ID32 ESRF beamline to perform GISAXS using a 2-dimensional detector, in UHV, in situ during growth, without any window before the sample, the UHV chamber being directly hooked to the sychrotron ring16,17. This yielded GISAXS measurements of exceptional quality which opened a new area of diverse studies, during which I progressively shifted from metal on oxide growth to the organized growth of metal dots on different patterned substrates1,16,18-23. Around 2001, I developed in situ GISAXS, combined with SXRD/GIXS/GIXD, on the MBE X-ray chamber of the BM32 beamline. Between 2000 and 2005, both instruments have been intensively exploited to investigate growing metal on oxides and (nanostructured) metal surfaces, together with first studies of germanium growth on nanostructured Si surfaces. I had the chance to collaborate with Remi Lazzari, a postdoc, Frederic Leroy, a PhD-student, and Christine Revenant, forming a team who developed the quantitative analysis of our GISAXS data, trying to go beyond simple analyses, and to understand in detail the diffuse scattering in GISAXS16,18,19,21,24. In parallel, thanks to the venue in our laboratory of specialists of anomalous scattering (Vincent Favre-Nicolin, Hubert Renevier, Johann Coraux), we developed the technique of Multiple Anomalous GISAXS (MAD-GISAXS)22. During all these years, we performed GISAXS measurements during growth, probing the morphology, in parallel with scattering measurements (SXRD, GIXS, GIXD), sometimes 2 anomalous, to probe the structure and composition of growing islands. Because covering all these results would be too wide a field , I have chosen in the first part of this manuscript to concentrate on the GISAXS part of our studies, corresponding to about 6 years of work, between 1999 and 2005. This work also led to the writing of an invited review25. Since then, my research has evolved toward in situ studies with all these x-ray techniques, of the growth of semiconductor islands (Ge on Si) and semiconductor surface structure26, with a very recent extension of our MBE system to perform Chemical beam Epitaxy (CBE or UHV-CVD, Chemical Beam Epitaxy) in parallel with MBE. One of the objective of this combined MBE/CVD system is to allow for in situ structural investigations of growing semiconductor nanowires, which we already started by studying the fusion/solidification processes of AuSi eutectic catalysers27. This last work is the object of a very brief perspective chapter at the end of this manuscript. During all my research work, I have tried to develop and use synchrotron radiation scattering techniques to get the most accurate structural or morphological information during growth, with the goal of going beyond technical studies, to try to understand the basic mechanisms of the processes involved, such as the 3D growth of metal on oxide, or the intermixing between the Si substrate and the Ge deposit. I hope that this permanent concern is also revealed in this manuscript.

In der vorliegenden Arbeit wurde das hochgeordnete Wachstum von großen organischen Molekülen auf kristallinen Substraten mit Hilfe der Quaterrylenderivate QT, QTCDI und QTCMI untersucht. Um derartige Schichten herstellen und charakterisieren zu können, wurde eine Organische Molekularstrahlepitaxy (OMBE)-Anlage aufgebaut. Allerdings stellt OMBE bisher nur ein Standardverfahren für die Präparation hochgeordneter Schichten bestehend aus kleineren Molekülen dar. Im Zusammenhang mit größeren Molekülen ergibt sich die Frage, ob auf Grund der höheren Sublimationstemperatur diese unzersetzt aufgedampft werden können. Optische Spektroskopieexperimente haben gezeigt, daß dies im Fall von QT möglich ist. Andererseits beginnt die Zersetzung von QTCDI bereits unterhalb seiner Sublimationstemperatur, wobei als eines der Produkte QTCMI entsteht. Ein wesentliches Anliegen dieser Arbeit bestand darin, die Frage zu klären, inwieweit diese großen Aromate epitaktisch auf anorganischen als auch organischen Substraten aufwachsen. Organisch-anorganische Schichtsysteme wurden durch Aufdampfen der Quaterrylenderivate auf einkristalline, rekonstruierte Goldoberflächen erzeugt und anschließend mit LEED und STM charakterisiert. Trotz der eingeschränkten thermischen Stabilität von QTCDI konnten sowohl hochgeordnete QT als auch QTCDI Monolagen auf Au(111) hergestellt werden, die jeweils aus flachliegenden Molekülen bestehen. Im Falle von QTCDI konnte dieses Resultat durch eine Optimierung der Probenherstellung erreicht werden. Im Unterschied zur Anordnung der QT Moleküle in Reihen, bilden die QTCDI Moleküle eine dazu deutlich verschiedene brickwall Struktur, die durch die Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Randgruppen der QTCDI Moleküle erklärt werden kann. In ähnlicher Weise zeigt sich der Einfluß der Substituenten auf die Anordnung der Moleküle in der Schicht an den gefunden QTCMI Strukturen. Im Unterschied zu QTCDI Monolagen auf Au(111), konnten keine reinen QTCMI Proben erzeugt werden. Die Ursache dafür ist, daß QTCMI zwar in der QTCDI Knudsenzelle angereichert werden kann, aber beide Moleküle ähnliche Verdampfungstemperaturen besitzen. Selbst die Präparation einer reinen QTCMI Probe nach vollständiger Umsetzung aller QTCDI Moleküle in der Knudsenzelle erscheint schwierig, da bei diesen Temperaturen auch die Zersetzung der QTCMI Moleküle stattfindet. Des weiteren wurden QT Monolagen auf Au(100) Substraten hergestellt. Die QT Moleküle besitzen auf dieser Oberfläche dieselbe Anordnung wie auf Au(111). Auf beiden Oberflächen wurden nur bestimmte Domänenwinkel beobachtet, die die Ausrichtung der Moleküldomänen im Bezug zum Substrat beschreiben. Da die rekonstruierten Au(100) Oberfläche typischerweise nur eine Phase je Terrasse ausbildet, entsteht eine ausgedehnte QT Domäne bereits durch eine einzige Adsorbatstruktur. Andererseits erfordert das homogene Wachstum einer ausgedehnten QT Domäne auf verschiedenen Rekonstruktionsdomänen der Au(111) Oberfläche die Existenz der drei beobachteten Adsorbatstrukturen, die sich durch unterschiedliche Domänenwinkel auszeichnen. Weiterhin wurden Anzeichen dafür gefunden, daß die rekonstruierten Au(111) und Au(100) Oberflächen durch die Adsorption von QT Molekülen verändert werden. Während dieser Effekt im Fall der Au(111) Oberfläche auch bei anderen organischen Molekülen beobachtet wurde, ist unseres Wissens nach in der Literatur eine Veränderung der Au(100) Rekonstruktion in Folge des Aufdampfens einer organischen Molekülschicht bisher nicht beschrieben worden. Darüber hinaus können alle beobachteten Adsorbatstrukturen der Quaterrylenderivate auf Au(111) und Au(100) im Rahmen des point-on-line Modells erklärt werden. Das Wachstum der zweiten Monolage QT auf Au(111) wurde als Beispiel für organisch-organische Homoepitaxy untersucht. Die Moleküle der zweiten QT Monolage bilden wiederum Reihen, die entlang der QT Reihen der ersten Monolage wachsen. Als unmittelbare Folge existiert nur eine mögliche Domänenorientierung im Bezug zur ersten Monolage QT. Im Unterschied zu den ausschließlich flachliegenden Molekülen der ersten Monolage QT wurden in der zweiten Monolage alternierend stehende und liegende Moleküle beobachtet. Die resultierende Struktur ähnelt dabei der QT Kristallstruktur. Diese Resultate zeigen, daß die Au(111) Oberfläche einen vergleichsweise starken Einfluß auf die Struktur der ersten QT Monolage hat, während sie sich deutlich weniger stark auf die Struktur der zweiten QT Monolage auswirkt. Einen weiteren Aspekt der vorliegenden Arbeit stellen organisch-organische Heterostrukturen bestehend aus QT-HBC Schichten auf Au(111) dar. Im Zusammenhang mit der Untersuchung dieser Schichten sollte geklärt werden, ob der kürzlich gefundene Epitaxytyp line-on-line das Wachstum organisch-organischer Heterostrukturen generell beschreiben kann. Im Gegensatz zu typischen STM Bildern von organisch-organischen Heterostrukturen aus der Literatur, konnten hier Bilder aufgezeichnet werden, in der beide Molekülsorten deutlich voneinander unterschieden werden können. Dabei wurde eine QT/HBC Heterostruktur gefunden, bei der flachliegende QT Moleküle Reihen bilden. Im Unterschied zu QT auf Au(111) sind diese Reihen nicht dicht aneinander gepackt. Diese Beobachtung deutet darauf hin, daß die QT Struktur durch ein energetisch günstiges Packen der QT Moleküle auf den HBC Molekülen bestimmt wird. Darüber hinaus wurden zwei weitere Adsorbatstrukturen mit deutlich verschiedenen Gitterparametern gefunden. Hochaufgelöste STM Bilder legen nahe, daß diese beiden Strukturen alternierend aus stehenden und liegenden Moleküle bestehen. Die Experimente liefern Anzeichen dafür, daß die jeweilige Anordnung der QT Moleküle in der Schicht von der Dicke der darunterliegen HBC Schicht bestimmt wird. Demnach liegen die QT Moleküle auf einer Monolage HBC infolge der stärkeren Wechselwirkung zur Au(111) Oberfläche flach, während die bei dickeren HBC Schichten schwächere Wechselwirkung mit dem Gold eine Struktur aus stehenden und liegenden Molekülen ähnlich der Kristallstruktur zur Folge hat.

Dans cette thèse, nous tenterons d'apporter une dénition plus précise de la contrainte de surface au niveau atomique et nous l'appliquerons au cas d'une monocouche épitaxique de Pd/Ni(110) (la surface (110) est présentée dans la gure 1.1.<br />Nous montrerons que cette contrainte peut induire des reconstructions importantes de surface. A partir de là nous construirons le diagramme de rons qu'un certain nombre de paramètres entre en compétition et induit ce diagramme. Nous verrons que l'épitaxie sur substrat Ni peut maintenir la surface de Pd dans une phase normalement instable pour les hauts taux de recouvrement. Nous verrons qu'un simple jeu sur les paramètres d'épitaxie du système suffit à induire un transition de phase. Nous montrerons que ces surfaces possèdent des propriétés électroniques qui peuvent varier fortement laissant penser qu'elles possèdent toute une gamme de réactivité.<br />Nous étudierons les mécanismes d'adsorption d'une molécule test, l'éthylène, sur la surface de référence du Pd(110). Nous montrerons que même la simple détermination des sites d'adsorption de l'éthylène sur celle-ci peut réserver quelques surprises. Ensuite nous porterons notre attention sur la réaction d'hydrogénation de l'éthylène sur cette surface et nous en déduirons quelques chemins réactionnels.<br />Le coeur de l'étude vient à la n de cette thèse. Il s'agit de représenter la réaction de l'éthylène sur les dépôts épais (4 monocouches) de Pd/Ni(110). Nous déterminerons une surface modèle qui représente de manière satisfaisante les surfaces réelles. Nous trouverons ensuite les états d'adsorption de l'éthylène, puis ceux de co-adsorption avec de l'hydrogène (dans la limite des faibles taux de couverture). Et, nous trouverons les chemins d'hydrogénation de l'éthylène. Enn, nous comparerons ces chemins à ceux obtenus pour les surfaces Pd(110) et nous tenterons de comprendre ce qui permet l'amélioration de la cinétique d'hydrogénation sur ces surfaces.phases partiel des surfaces Pd/Ni(110).

Le carbure de silicium est en théorie un des meilleurs candidats pour les applications aussi stratégiques que sont l'électronique forte puissance, haute température, haute fréquence ou encore fonctionnant en environnement hostile. Cependant, les difficultés de cristallogenèse de ce matériau ralentissent le développement de cette filière. Par exemple, l'épitaxie en phase vapeur (EPV) de couches minces de SiC nécessite des températures élevées, supérieures à 1400°C, ce qui compliquent la mise en oeuvre et le contrôle du procédé de croissance. Faire<br />croître SiC en dessous de cette température tout en gardant une qualité de matériau (cristallinité et dopage) satisfaisante est un véritable défi dont les intérêts industriels sont évidents.<br />Cet objectif peut être atteint en utilisant des techniques en solution, sous gradient thermique<br />ou par mécanisme vapeur-liquide-solide (VLS). Différents bains et différentes configurations<br />de croissance ont été envisagés. Cette étude a permis de mieux cerner les difficultés de mise en oeuvre, de justifier les solutions techniques proposées et de sélectionner les alliages Al-Si comme meilleurs candidats. A partir de ces bains, l'homoépitaxie des polytypes hexagonaux (4H et 6H-SiC) a été démontrée pour des températures aussi basses que 1100°C. Les couches sont très fortement dopées p, par l'incorporation massive d'Al, de bonne qualité cristalline et assez rugueuses. Ce fort dopage p confère des propriétés électriques très intéressantes<br />notamment en terme d'abaissement de la résistivité de contact.<br />Le polytype cubique (ou 3C-SiC) ne disposant pas de substrats commerciaux de qualité suffisante, sa croissance a été réalisée par hétéroépitaxie sur substrat de Si(100) et a-SiC(0001) non désorientés, respectivement par EPV et VLS. L'EPV sur substrat de Si produit des couches de qualité cristalline médiocre en raison du fort désaccord de maille. La courbure<br />importante des plaques, résultant des contraintes thermiques, peut être diminuée en modifiant<br />l'étape de carburation. Un tel matériau pourra trouver des débouchés avec des composants peu<br />exigeants en qualité cristalline. Enfin, les alliages à base de Ge et Sn se sont montrés adaptés à<br />la germination du polytype 3C-SiC sur substrats hexagonaux. Des conditions de croissances<br />permettant d'éliminer les parois d'inversions dans les couches, ont été déterminées. Le matériau 3C ainsi épitaxié n'a pas d'équivalent ailleurs et est très prometteur pour développer un filière basée sur ce polytype.

Die Bildung von CoSi$_{2}$ bei der Festphasenreaktion duenner Co-Schichten mit Si(001)-Substraten bei verschiedenen Herstellungsverfahren wird elektronenmikroskopisch untersucht. Die Ergebnisse koennen mit RBS- und XRD-Resultaten korreliert werden. Praeparationsmethoden elektronentransparenter Proben werden erlaeutert. Die gebildeten Silicidschichten werden in bezug auf die enthaltenen Phasen und Orientierungsbeziehungen ihrer Kristallite untereinander und zum Si-Substrat charakterisiert. Es wird gezeigt, dass die Reaktion von Co-Schichten mit Si$_{1-x}$C$_{x}$-Substraten (x <= 0.005) zu einem mit wachsendem Kohlenstoffgehalt steigenden Anteil epitaktischer Kristallite in der gebildeten CoSi$_{2}$-Schicht fuehrt. Die Ursache dafuer wird in der durch den Kohlenstoff behinderten Co-Diffusion gesehen. Die Rolle des Kohlenstoffs bei Diffusionsvorgaengen in Si wird diskutiert. Die Festphasenreaktion der Metall-Doppelschichtsysteme Co/Ti und Co/Hf auf Si(001)-Substraten mit dem Ziel der Epitaxie von CoSi$_{2}$ wird in bezug auf die unterschiedliche Wirkung der Zwischenschichtmetalle Ti und Hf, als Bildner einer Co-Diffusionsbarriere, untersucht. Es werden eine CoSi-Zwischenphase mit Vorzugsorientierungen ihrer Kristallite und die Nukleation des angestrebten epitaktischen CoSi$_{2}$ an der CoSi/Si-Grenzflaeche nachgewiesen. Die hoehere Qualitaet der epitaktischen CoSi$_{2}$-Schichten aus dem Co/Ti/Si-System wird auf eine effektivere Diffusionsbarriere zurueckgefuehrt, welche eine hoehere CoSi$_{2}$-Nukleationstemperatur bewirkt. Die gefundene Silicid-Phasensequenz wird unter thermodynamischen, kinetischen und strukturellen Gesichtspunkten diskutiert. / The formation of CoSi$_{2}$ by solid phase reaction using different methods is analysed by means of electron microscopy. The results correspond to RBS and XRD measurements. A description of the sample preparation for transmission electron microscopy is given. The formed silicide films are characterized with respect to the contents of different phases and the orientation relations between their crystallites and between them and the Si-substrate. For the reaction of Co films with Si$_{1-x}$C$_{x}$-substrates (x <= 0.005) it is shown that a rising carbon concentration of the Si-substrates leads to an increasing content of epitaxial crystallites in the CoSi$_{2}$-films formed. The reason for this is supposed to be the limitation of the Co diffusion caused by the carbon. The role played by carbon in diffusion processes in Si is discussed. The solid phase reaction of the metallic bi-layers Co/Ti and Co/Hf with Si(001)-substrates aimed at CoSi$_{2}$ epitaxy is analysed concerning the different effects produced by Ti and Hf as barrier-forming film materials. An intermediately appearing CoSi-phase with preferred orientations of its crystallites and the nucleation of the epitaxial CoSi$_{2}$, aimed at, at the CoSi/Si-interface were found. The higher quality of the epitaxial CoSi$_{2}$ obtained in the Co/Ti/Si-system is attributed to a more effective diffusion barrier in this film system, causing a higher CoSi$_{2}$ nucleation temperature. The found sequence of silicide phases is discussed taking into consideration thermodynamical, kinetical and structural aspects.

In dieser Arbeit wurde der Einfluss dünner Siliciumdioxidschichten auf die im Co(20 nm)/Ti(5 nm)/SiO$_{2}$(0...3 nm)/Si(100) System, bei einer Kurzzeittemperung, ablaufenden Festphasenreaktionen untersucht. Weiterhin wurden Festphasenreaktionen an Co/C/Si(100) und Ti/Co/C/Si(100) Schichtsystemen untersucht. Plasmaätzprozesse wurden zur Entfernung der, im Co/Ti/Si-System nach Temperung entstehenden, reaktionsbedingten Deckschicht verwendet. Die Charakterisierung der Proben erfolgte mittels elektrischer Messungen, TEM, STM, XRD, RBS und AES.

CrSi2 ist eines der wenigen halbleitenden Silicide. Wegen seiner hohen thermischen und chemischen Stabilität ist es einerseits für thermoelektrische Anwendungen geeignet, andererseits kommt es auch für photovoltaische und mikro-elektronische Applikationen in Frage. Vorraussetzung ist oftmals eine definierte Silizium(001)-Silicid Grenzfläche. Aus diesem Grunde wurden dünne CrSi2-Schichten in einer MBE-Anlage unter UHV-Bedingungen auf n-Si(001) Substrat gewachsen. Die sich ergebene Schichtmorphologie wurde in Abhängigkeit von unterschiedlichen Herstellungsparametern mittels TEM und REM untersucht. Des weiteren wurden die Schichten mit Hilfe von Elektronen- und Röntgenbeugung hinsichtlich bevorzugt auftretender Epitaxiebeziehungen charakterisiert.

In dieser Arbeit wurden Ni-Si-Ga-Schichten mit Hilfe der Transmissionselektronenmikroskopie charakterisiert.

This thesis deals with the synthesis and characterization of Ge-Te-Sb (GST) thin films. The films were deposited using a Pulsed Laser Deposition (PLD) method and mainly characterized with XRD, SEM, AFM and TEM. For amorphous and polycrystalline films, un-etched Si(100) was used. The amorphous films showed a similar crystallization behavior as films deposited with sputtering and evaporation techniques. When depositing GST on un-etched Si(100) substrates at elevated substrate temperatures (130-240°C), polycrystalline but highly textured films were obtained. The preferred growth orientation was either GST(111) or GST(0001) depending on if the films were cubic or hexagonal. Epitaxial films were prepared on crystalline substrates. On KCl(100), a mixed growth of hexagonal GST(0001) and cubic GST(100) was observed. The hexagonal phase dominates at low temperatures whereas the cubic phase dominates at high temperatures. The cubic phase is accompanied with a presumed GST(221) orientation when the film thickness exceeds ~70 nm. Epitaxial films were obtained with deposition rates as high as 250 nm/min. On BaF2(111), only (0001) oriented epitaxial hexagonal GST films are found, independent of substrate temperature, frequency or deposition background pressure. At high substrate temperatures there is a loss of Ge and Te which shifts the crystalline phase from Ge2Sb2Te5 towards GeSb2Te4. GST films deposited at room temperature on BaF2(111) were in an amorphous state, but after exposure to an annealing treatment they crystallize in an epitaxial cubic structure. Film deposition on pre-cleaned and buffered ammonium fluoride etched Si(111) show growth of epitaxial hexagonal GST, similar to that of the deposition on BaF2(111). When the Si-substrates were heated directly to the deposition temperature films of high crystal-line quality were obtained. An additional heat treatment of the Si-substrates prior to deposition deteriorated the crystal quality severely. The gained results show that PLD can be used as a method in order to obtain high quality epitaxial Ge-Sb-Te films from a compound target and using high deposition rates.