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Enregistrement W4401933859

Substrate engineering and advanced epitaxial growth for the production of group IV semiconductor freestanding membranes

2024· dissertation· en· W4401933859 sur OpenAlexfundno aff
Tadeáš Hanuš

Notice bibliographique

RevueHAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe) · 2024
Typedissertation
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueSemiconductor Lasers and Optical Devices
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesCentre National de la Recherche ScientifiqueUniversité de SherbrookeNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaMitacsFonds de recherche du Québec – Nature et technologiesUniversité Grenoble Alpes
Mots-clésSubstrate (aquarium)MembraneEpitaxyGroup (periodic table)SemiconductorMaterials scienceProduction (economics)NanotechnologyOptoelectronicsChemistryBiologyLayer (electronics)BiochemistryEcology
DOInon disponible

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract : Semiconductor-based freestanding membranes (FSMs) have recently become central to the rapidly expanding frontiers of nanoscience and technology, and a highly promising area of advanced materials research. FSMs offer an extra degree of freedom for implementations that cannot be obtained by conventional methods such as heteroepitaxy, which often involves significant lattice mismatch in crystalline structures. Fabrication of FSMs from various materials allows for layer-by-layer stacking, enabling an easy coupling of the physical properties of dissimilar materials. Additionally, FSM structures offer unprecedented lightweight, and flexibility compared to conventional substrates. This demonstrates their high potential for the fabrication of novel applications, such as stretchable on-skin electronics or vertically stacked devices, flexible optoelectronics, etc., as well as a straightforward path for heterointegration. Furthermore, the use of FSMs provides significant cost savings in device production, especially for materials with orders of magnitude higher prices than that of silicon, as only a fraction of the material is being used when compared to conventional wafers. In this context, group IV materials FSM attract a lot of attention for their applications in high-performance optoelectronics and high-speed telecommunication, as well as for their biocompatibility and nontoxicity compared to III-V counterparts. However, the fabrication of high-quality group IV FSMs is still a challenging task. In this thesis, we demonstrate two promising paths for production of group IV FSMs using substrate engineering and advanced epitaxial growth. The first part of this work focuses on 2D-assisted epitaxy. We introduce the Anchor Point Nucleation approach enabling the growth of high-quality FSMs over a graphene-covered surface. Through plasma treatment defects, such as dangling bonds and nanoholes, are introduced in the graphene layer, acting as preferential nucleation sites. The experimental data unravel the nature of these defects, their role in nucleation, and the mechanisms governing this technique. Additionally, high-resolution transmission electron microscopy combined with geometrical phase analysis established that the as-grown layers are perfectly single crystalline, stress-free, and oriented by the substrate underneath the engineered graphene layer. These findings provide new insights into graphene engineering by plasma and open a universal pathway for the heterointegration of high-quality 3D semiconductors on graphene, and fabrication of FSMs. The second part of this work focuses on an alternative approach to produce group IV FSMs using nanostructured substrates. First, we demonstrate the formation of homogenous porous germanium (PGe) layers across the entire 100 mm wafer using bipolar electrochemical etching, with the possibility to tune the physical properties of the PGe structure by variation of etching parameters. The PGe nanostructure maintains the crystalline nature and orientation of the Ge substrate, and presents low surface roughness, making it an ideal substrate for the epitaxy. The low-temperature growth allows maintaining the PGe’s integrity during the formation of high-quality FSM on top. The membrane can then be easily detached through the porous interface and the substrate can be cleaned for reuse and fabrication of multiple FSMs generations. These findings provide new opportunities to produce lightweight and flexible, high-performance optoelectronics based on Ge FSMs, while also ensuring reduction of both costs and critical material consumption.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,080
Score d'incertitude au seuil0,956

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,008
Tête enseignante GPT0,204
Écart entre enseignants0,196 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2024
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Résumé présentoui

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