Etude du collage SAB pour l'élaboration d'hétérostructure

Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit sont consacrés à l'étude du collage SAB (de l'anglais « Surface Active Bonding ») appliqué à la fabrication d'hétérostructures. Il s’agit d’assemblages de plusieurs matériaux souvent utilisés dans l'optoélectronique et la photonique. Le collage SAB est une technique de collage direct sous ultravide permettant l'adhésion spontanée de deux surfaces sans l’utilisation de colle.Jusqu’à présent, les contraintes mécaniques, résultant des différences de coefficients de dilatation thermique entre les matériaux formant l’hétérostructure, représentent un défi majeur pour la fabrication d’hétérostructures ; mais contrôlées, elles peuvent également être avantageuses pour la fabrication et la qualité des produits finaux.L’approche technologique utilisée dans cette étude se concentre sur la fabrication d'hétérostructures en films minces monocristallins à partir de substrats épais, en utilisant le procédé Smart Cut™ et le collage SAB.Ce travail introduit pour la première fois la possibilité de réaliser des collages à chaud grâce à la technologie de collage SAB, en développant une nouvelle méthode appelée SAHB pour « Surface Active Hot Bonding ». Cette dernière offre la possibilité de contrôler la température lors de l’assemblage, permettant ainsi de gérer les contraintes mécaniques dues aux différences de coefficients d'expansion thermique dans l’hétérostructure. Une application remarquable de cette nouvelle méthode SAHB, mise en oeuvre dans le cadre de ces travaux, est la réalisation de reports de films contraints de germanium monocristallins de plusieurs centaines de nanomètres sur substrats de silicium. La modélisation par éléments finis est utilisée pour comprendre cette technologie de collage SAHB, car elle permet de visualiser les déformations des structures et d'estimer les niveaux de contrainte afin de limiter la casse de l’hétérostructure lors de sa fabrication, tout en maximisant la contrainte stockée dans le film reporté. De plus, l’étude du collage SAHB permet de mettre en évidence la nécessité d’une gestion précise de la température et d’une grande qualité de l'atmosphère de collage pour garantir son efficacité.Cette étude a mené à l’investigation des mécanismes du collage SAB, par des travaux sur l’impact de l’activation sur l’amorphisation l’interface de collage. Les résultats montrent que la seule présence de liaisons pendantes ne suffit pas à expliquer la très forte adhérence des collages SAB standards, mais qu’il est nécessaire que la surface soit suffisamment « malléable » pour permettre aux pointes d'aspérités de s'écraser et aux liaisons pendantes de s'appairer.Les travaux présentés dans ce manuscrit introduisent une nouvelle méthode de collage, le SAHB, et développent la fabrication des premières hétérostructures par cette voie. Cette méthode ouvre de nouvelles perspectives pour la fabrication de structures complexes et la manipulation des contraintes dans les matériaux hétérogènes.Mots clés : Collage direct, collage covalent, collage SAB, collage d’hétérostructures, collage de silicium, collage SAHB, transfert de film, films minces monocristallins.