rapport d'activité im2np 2006

Institut

Matriaux

Microlectronique

Nanosciences de

Provence

Ra

pp

ort

d

a

cti

vit

20

06

-

20

09

UMR 6242 CNRS Universit Paul Czanne Universit de Provence Universit du Sud Toulon-Var

Dcembre 2010

V.F.AL.

Rsum du bilan scientifique du laboratoire

LIm2np Institut Matriaux Microlectronique Nanosciences de Provence est issu du regroupement de deux

laboratoires, L2MP (ex UMR 6137) et TECSEN (ex UMR 6122) en janvier 2008. Il runit des physiciens, des

chimistes et des micro-lectroniciens et rassemble les comptences ncessaires la recherche et

l'enseignement en sciences des matriaux, microlectronique et nanosciences. Ses domaines d'expertise

couvrent les sciences physique et chimique, les dispositifs, les circuits et les systmes.

Ses principales missions sont :

- Favoriser la convergence disciplinaire associant physiciens, chimistes et micro-lectroniciens au

service dune stratgie fonde sur la production de connaissance et de savoir-faire.

- Renforcer notre potentiel dinnovation en conduisant des projets fondamentaux susceptibles de

rsoudre des problmatiques industrielles.

- Soutenir linnovation et le transfert technologique en devenant un acteur majeur au service du

monde socio-conomique.

- Proposer et enrichir loffre de formation en Sciences des matriaux, nanosciences, micro-

lectronique et nanolectronique.

LIm2np est une unit mixte de recherche (UMR 6242) du Centre National de la Recherche Scientifique,

associe trois universits : lUniversit Paul Czanne Aix-Marseille III (universit principale de rattachement), lUniversit de Provence et lUniversit du Sud Toulon-Var ainsi qu trois coles dingnieurs : lEcole

Polytechnique Universitaire de Marseille (Polytech' Marseille), l'Ecole Centrale de Marseille et lInstitut Suprieur

dElectronique et du Numrique (ISEN). Il est rattach trois Instituts du CNRS : l'Institut de Physique

(rattachement principal), l'Institut de Chimie et l'Institut des Sciences de lIngnierie et des Systmes

(rattachements secondaires).

Lactivit scientifique de lIm2np se divise en deux thmatiques principales qui prsentent de nombreux

recouvrements : Matriaux Nanosciences et Nanolectronique Microlectronique. Cet ensemble de

recherche participe de lavance des connaissances dans les domaines des matriaux, des nanosciences,

des composants, des circuits et systmes intgrs. Le champ disciplinaire est donc large allant de faon

continue de la recherche fondamentale aux applications industrielles.

De par la nature des quipes composant lInstitut, lorientation scientifique gnrale se doit daller vers la

nanolectronique et microlectronique et les matriaux qui leur sont associs. Une autre volution naturelle

correspond aux tudes de nano-structuration des solides et des effets physiques associs. Ltroite

collaboration entre physiciens, chimistes et micro-lectroniciens permet dores et dj de mener bien des

tudes de nanolectronique tant du point de vue des composants que des circuits.

Le Dpartement Matriaux et Nanosciences de lIm2np focalise sa recherche sur la comprhension et la

matrise de lorganisation de matriaux fonctionnels diffrentes chelles (du m au nm). Les applications

vises concernent en premier lieu la micro-lectronique et la nanolectronique mais galement le domaine

des matriaux pour les nergies (photovoltaque, fission et fusion nuclaire). Les thmes de recherche portent

sur ltude de la croissance (pitaxie, solidification, diffusion ractive), la structure (microscopie lectronique,

rayonnement synchrotron, sonde atomique tomographique), les proprits (magntisme, proprits

lectroniques et mcaniques) et la modlisation (champ de phase, dynamique molculaire, ab initio). Le

dpartement est structur en 8 quipes de recherche qui regroupent 16 chercheurs du CNRS (sections 05, 06,

08 et 15 du CNRS), 55 enseignants-chercheurs dAix-Marseille Universit et de luniversit de Toulon (sections,

28, 30, 33 et 63 du CNU) et 14 ITA/IATOS (8 CNRS et 6 des universits). Lanimation scientifique du dpartement

seffectue en particulier lors de sminaires hebdomadaires (le jeudi matin) et de runions mensuelles du

conseil de dpartement (responsables dquipes). La complmentarit entre les quipes du dpartement est

lorigine de nombreux projets communs qui vont de la simple collaboration informelle aux contrats

communs (ANR, DGE, ) en passant par les thses en codirection. Les comptences croises et

complmentaires entre les deux dpartements sont par ailleurs lorigine dun nombre significatif de projets

communs aux 2 dpartements (ANR, DGCIS,).

Le dpartement Micro-Nanolectronique sappuie sur sept quipes de recherche dont les activits couvrent

les principaux axes de dveloppement de la micro et nanolectronique, depuis des aspects fondamentaux

sur les matriaux et les dispositifs innovants jusquaux circuits intgrs et au traitement du signal. En

microlectronique, les recherches du dpartement MNE sont centres sur le dveloppement de composants

mergents, le management de la puissance consomme par les circuits et systmes intgrs et la monte en

frquence des applications de type Wireless. En nanolectronique, les recherches se situent la convergence

des nouveaux matriaux et des nouveaux procds dlaboration. Elles ont conduit la ralisation de

http://www.cnrs.fr/http://www.univ.u-3mrs.fr/http://www.up.univ-mrs.fr/http://www.polytech-marseille.com/http://www.polytech-marseille.com/http://www.ec-marseille.fr/http://www.isen.fr/http://www.isen.fr/

dispositifs mergents permettant daccrotre les performances des nouvelles applications. Tout en maintenant

une activit prospective dans bon nombre de domaines (composants ultimes, mmoires, micro-capteurs,

dispositifs pour le photovoltaque), le dpartement sinscrit dans une dmarche de couplage industriel fort

et participe aux rseaux de dveloppement conomique rgional et national. Enfin, il contribue galement,

de manire trs active, plusieurs plateformes scientifiques et techniques telles quASTEP ou CIM PACA. Le

dpartement est structur en 6 quipes de recherche et 1 quipe projet qui regroupent 2 chercheurs du

CNRS (sections 08 du CNRS), 68 enseignants-chercheurs dAix-Marseille Universit et de luniversit de Toulon

(sections 28, 61 et 63 du CNU) et 16 ITA/IATOS (4 CNRS, 4 ISEN et 8 des universits). Lanimation scientifique du

dpartement seffectue lors de deux sminaires mensuels coupls avec les sminaires du master MINELEC

(master 2) et de runions trs rgulires des responsables dquipes.

Lensemble des moyens techniques et technologiques a t regroup au sein de plusieurs plateformes afin

daccrotre leur visibilit tout en favorisant leur accessibilit pour les quipes de lIm2np, les industriels et les

autres laboratoires. Les plateformes de caractrisation physique, de conception de CCI et de diagnostic RFID

(Radio Frequency IDentiification) sont partie intgrante de CIM-PACA (Centre Intgr de Microlectronique

en rgion PACA) et du Centre National RFID.

S o m m a i r e

Bilan gnral de lIm2np ........................................................................................ 7

Bilan scientifique des quipes ................................................................................ 23

Ractivit et Diffusion aux Interfaces (RDI) .................................................... 25

Microstructures de Croissance Auto-Organises (MCA) ............................. 33

Nanostructuration (NANO) ............................................................................... 41

Nanostructures Semi-Conductrices Epitaxies (NSCE) ................................ 49

Contraintes Mcaniques dans les Objets de Petites Dimensions (CMO) . 55

Dfauts Etendus et Nano-Objets (DENO) ....................................................... 63

Magntisme (MAG) ........................................................................................... 71

Thorie, Modlisation et Simulation(TMS) ....................................................... 79

Dispositifs Ultimes sur Silicium (DUS) .................................................................. 85

Mmoires (MEM)................................................................................................. 93

Conception de Circuits Intgrs (CCI) ........................................................... 101

RFID Capteurs (RFID) (quipe projet) .............................................................. 107

Microcapteurs (CAPT) ..................................................................................... 113

Optolectronique et Photovoltaque (OPTO-PV) ......................................... 121

Signaux et Systmes (SSy) ................................................................................. 127

Bilan scientifique des plateformes ........................................................................ 135

Plateforme sonde atomique tomographique ............................................... 137

Plateforme microscope TITAN .......................................................................... 143

Plateforme NanoTecMat .................................................................................. 149

Plateforme de conception de circuits intgrs ............................................ 155

Plateforme de calcul scientifique (PLACS) .................................................... 161

Plateforme de diagnostic RFID ........................................................................ 165

Plateforme ASTEP LSM ....................................................................................... 171

Publications et productions ................................................................................... 175

Articles dans des revues comit de lecture ............................................... 177

Analyse qualitative selon le facteur dimpact des revues .......................... 217

Ouvrages scientifiques (ou chapitres) ............................................................ 225

Direction douvrages ou de revues ................................................................ 227

Brevets .................................................................................................................. 228

Confrences invites ......................................................................................... 230

Communications avec actes ......................................................................... 239

Communications orales sans actes ................................................................ 262

Communications par affiche ........................................................................... 291

Organisation de colloques nationaux et internationaux ............................. 298

Organisation de sminaires .............................................................................. 299

Prix et distinctions ............................................................................................... 300

R A P P O R T D A C T I V I T E 2 0 0 6 - 2 0 0 9

B i l a n s c i e n t i f i q u e 7

Bilan gnral du laboratoire

Im2np

Directeur Rachid Bouchakour, Professeur, Universit de Provence

Directeurs Adjoints Jean-Luc Autran, Professeur, Universit de Provence

Olivier Thomas, Professeur, Universit Paul Czanne

Prsentation gnrale

LIm2np (Institut Matriaux Microlectronique Nanosciences de Provence) est issu du regroupement de deux

laboratoires, L2MP (ex UMR 6137) et TECSEN (ex UMR 6122) en janvier 2008. Il runit des physiciens, des

chimistes et des micro-lectroniciens et rassemble les comptences ncessaires la recherche et

l'enseignement en sciences des matriaux, microlectronique et nanosciences. Ses domaines d'expertise

couvrent les sciences physique et chimique, les dispositifs, les circuits et les systmes.

Ses principales missions sont :

- Favoriser la convergence disciplinaire associant physiciens, chimistes et micro-lectroniciens au

service dune stratgie fonde sur la production de connaissance et de savoir-faire.

- Renforcer notre potentiel dinnovation en conduisant des projets fondamentaux susceptibles de

rsoudre des problmatiques industrielles.

- Soutenir linnovation et le transfert technologique en devenant un acteur majeur au service du

monde socio-conomique.

- Proposer et enrichir loffre de formation en Sciences des matriaux, nanosciences, micro-

lectronique et nanolectronique.

LIm2np est une unit mixte de recherche (UMR 6242) du Centre National de la Recherche Scientifique,

associe trois universits : lUniversit Paul Czanne Aix-Marseille III (universit principale de rattachement), lUniversit de Provence et lUniversit du Sud Toulon-Var ainsi qu trois coles dingnieurs : lEcole

Polytechnique Universitaire de Marseille (Polytech' Marseille), l'Ecole Centrale de Marseille et lInstitut Suprieur

dElectronique et du Numrique (ISEN). L'Im2np est rattach trois Instituts du CNRS : l'Institut de Physique

(rattachement principal), l'Institut de Chimie et l'Institut des Sciences de lIngnierie et des Systmes

(rattachements secondaires).

Les Personnels Im2np

a. Evolution des personnels dans lunit

Depuis sa cration en 2008, lIm2np a vu ses effectifs crotre denviron 6 % et atteindra 310 personnes au terme

du quadriennal en 2011. Cette estimation se base uniquement sur les dparts et recrutements probables dans

les 2 ans venir. Elle ne tient pas compte des recrutements de post doctorants ou dingnieurs sur contrat de

recherche.

Grade 1/01/2006 2008 31/12/2009 Projection 2011

Professeurs hors mrites 34 37 37 43

Matres de Confrences 69 74 79 79

Directeurs de Recherche 9 9 5 6

Chargs de Recherche 7 11 12 12

Chercheurs Associs (non publiant) (hors ETPR) 5 4 2 0

Enseignants Ecole dingnieurs (ISEN) 6 6 5 5

IATOS permanents 13.66 12 14.5 15

ITA permanents 16.33 18 19.4 21

Ingnieurs et Techniciens non permanents 2 9 6.8 11

Post Doctorants, ATER 15 19 24 15

Doctorants 96 80 90 98

TOTAL 273 279 294.7 310

Nombre ETPR (quivalent temps plein recherche) 70.5 77.5

Moyenne ETPR sur 4 ans (2006-2009) 74

Evolution des personnels entre 2008 et 2011

http://www.cnrs.fr/http://www.univ.u-3mrs.fr/http://www.up.univ-mrs.fr/http://www.polytech-marseille.com/http://www.polytech-marseille.com/http://www.ec-marseille.fr/http://www.isen.fr/http://www.isen.fr/

Im2np Institut Matriaux Microlectronique Nanosciences de Provence

P r s e n t a t i o n g n r a l e 8

Laugmentation globale du nombre denseignants chercheurs est davantage lie au soutien des

tablissements de tutelle qu laugmentation des effectifs dtudiants. Toutefois ce soutien diffre selon

ltablissement de tutelle. Malgr la baisse des flux dtudiants dans nos disciplines, lexception des coles

dingnieurs, le nombre de doctorants augmente de 22,5%. Ceci rsulte la fois dune meilleure adquation

entre loffre de formation de niveau master et les recherches effectues au laboratoire et dune trs forte

implication des chercheurs et enseignants chercheurs dans les formations.

Pour les chercheurs, la diminution de 20 18 est principalement due aux dparts la retraite qui nont pu tre

compenss malgr la mise en place dune politique incitative de recrutements de chercheurs en prsentant

le maximum de candidatures aux diffrents concours.

b. Origine des personnels

Lensemble du personnel du laboratoire provient de 3 universits, de deux coles dingnieurs et du CNRS.

Une analyse par tablissement de tutelle fait apparatre un soutien plus grand de lUniversit Paul Czanne

(Universit principale de rattachement). Elle met aussi en vidence un accompagnement important du CNRS

par le renforcement des services dappui la recherche.

Personnel selon ltablissement dappartenance anne 2008

Une analyse des personnels selon leur catgorie fait apparatre un rapport entre les professeurs et matres de

confrences de 0.5 - plus important que la moyenne des universits de tutelle, ou mme la moyenne

nationale. Ceci est plutt un atout pour le dploiement de notre politique de valorisation des carrires des

enseignants chercheurs car dans les prochaines annes, nous aurons suffisamment de possibilits de

promotions avec le dpart la retraite des professeurs. Ce constat ne veut pas dire que les postes seront

principalement rservs aux matres de confrences du laboratoire. En effet, notre politique de recrutement

est principalement oriente vers le recrutement extrieur mais pas exclusivement car cest lexcellence qui est

vise. En revanche, la plus forte implication des professeurs dans des missions dencadrement et/ou de

gestion au sein des tablissements de tutelle diminue dautant le temps pass la recherche. Le rapport

entre directeurs de recherche et chargs de recherche, de lordre de 0.82, est galement bien suprieur la

moyenne nationale au sein du CNRS grce des promotions rcentes de plusieurs de nos chargs de

recherche.

Une analyse de leffort des services dappui la recherche peut tre faite en regardant le rapport entre le

nombre dITA et IATOS (30) sur le nombre de chercheurs et denseignants chercheurs (141). Ce rapport de

0.212 est en lgre augmentation, compar au prcdent quadriennal (0.18), grce un accompagnement

encore plus important du CNRS. Toutefois, si lon compare la moyenne nationale au sein des laboratoires de

recherche (de lordre de 0,40), il est trs infrieur et place le laboratoire dans lobligation de recruter sur

contrats de recherche le personnel manquant. Cette situation ne peut tre que transitoire car long terme

elle serait un frein au dveloppement de notre stratgie de recherche.



Rpartition Chercheurs et Enseignants Chercheurs anne 2008

Rpartition Chercheurs Enseignants Chercheurs / Ingnieurs et Techniciens anne 2008

Pour conclure cette partie sur les personnels, nous pouvons mettre les recommandations suivantes nos

tablissements de tutelle (partenaires de notre projet de laboratoire) :

Un soutien plus important concernant le recrutement des personnels des services dappui la

recherche pour compenser le dficit actuel ;

Une meilleure visibilit de la politique de recrutement des tablissements de tutelle sur les thmatiques

de recherche du laboratoire et sur la dure du quadriennal afin de mieux dfinir notre stratgie de

recherche.

c. Politique de recrutement

Notre politique de gestion des ressources humaines au plan scientifique portera sur des recrutements

permettant de mener des tudes dans les domaines des matriaux nanosciences et de la micro et

nanolectronique ainsi qu linterface entre ces domaines. Cette action sera conduite en troite

collaboration avec les composantes de formation des tablissements, les organismes de recherche et les

industriels. En particulier, le recrutement de 5 chercheurs CNRS a permis de conforter les recherches de nos

quipes.



Dun point de vue quantitatif, le recrutement des enseignants chercheurs est relativement bien quilibr avec

un pourcentage de candidats extrieurs Marseille voisin de 57%. Sur 37 professeurs et matres de

confrences recruts sur la priode 2006 - 2009, seuls 16 ont soutenu leur thse Marseille. Toutefois, ce

rsultat est trs diffrent selon les sections CNU (par exemple la 63me section dont le taux de recrutement

extrieur nest que de 30%) et selon les grades avec une proportion plus grande de candidatures extrieures

pour les professeurs.

Dun point de vue plus qualitatif, le fort couplage entre les structures de formation et le laboratoire nous a

permis damliorer ladquation entre les profils de recherche et denseignement. Une offre de recherche et

de formation plus lisible a rendu possible le recrutement de plusieurs enseignants chercheurs trangers. Cette

tendance se retrouve aussi dans la provenance des doctorants qui, initialement, tait trs endogne avec

plus de 80% des doctorants issus de nos Masters Recherche.

d. Plan de formation

Priorits de lInstitut en matire de formation des personnels

Compte tenu de la cration rcente de l Im2np, laccent est plac sur les questions organisationnelles, et la

priorit donne aux personnels qui doivent sadapter de nouvelles conditions sur leur poste de travail

(changement dapplication en gestion financire par exemple), ou ceux dont le mtier devra voluer pour

faire face aux nouvelles dimensions de la structure. Ainsi les nombreuses demandes des informaticiens en

matire de scurisation des donnes sont traites de manire prioritaire, compte tenu de la configuration

multi-sites de linstitut et de son classement en tablissement sensible (ES) au titre de la protection du

patrimoine scientifique et technique national.

Par ailleurs, la dmultiplication des sources de financement et le grand nombre de projets grs par lIm2np

(ANR, Carnot, Contrats industriels, Rgion PACA, CG 13 et 83, Europe) ncessitent une formation de plus en

plus spcifique du personnel. Ainsi les formations visant une gestion optimale de ces projets tant sur le plan

budgtaire que scientifique, sont classes prioritaires. De mme, une attention particulire est accorde aux

chercheurs et ITA/IATOS des BAP scientifiques qui expriment des demandes de formation lies lvolution de

leurs disciplines et de leur carrire. Enfin, les demandes dcoles thmatiques sont examines avec une

attention particulire, notamment si les personnels (Chercheurs, ITA/IATOS, doctorants) expriment le besoin

dacqurir des connaissances dans de nouveaux champs disciplinaires.

Publics forms

Les demandes de formation manent 60% des ITA/IATOS, 40% des chercheurs. Elles sont satisfaites pour la

plupart dans le cadre des plans de formation annuels des tablissements de tutelle (CNRS et universits). Il

faut souligner que la problmatique dune UMR (la mixit !) est encore assez peu perue par les services de

formation permanente, qui privilgient les personnels rattachs leur tablissement, mais des progrs sont en

cours : des personnels Universit Paul Czanne ou Universit de Provence ont t accepts dans des

formations CNRS , et inversement. Outre les plans de formation externes, lInstitut conduit en propre des

actions de formation, lorsquil apparat un besoin spcifique. Ces actions sont gnralement finances sur

ressources propres avec le soutien dune ou plusieurs tutelle(s). Ainsi en 2008 et 2009, un sminaire de

formation aux techniques du management dquipe, a t ralis en intra avec le soutien du CNRS, pour

les 14 responsables dquipes. La premire partie (2x2 jours) a t consacre comprendre le management

dune quipe , la deuxime partie (de dure identique), lexercice du management dune quipe de

recherche . Lingnierie et la conduite de cette formation ont t confies un cabinet extrieur mais le

cahier des charges a t dfini conjointement par la direction et les correspondantes formation. Par ail leurs

des sances ponctuelles sont organises pour rpondre des besoins de formations internes spcifiques :

utilisation des cahiers de laboratoire, des feuilles de temps, montage des dossiers projets, etc. Les formateurs,

dans ce cas, sont des personnels de lunit.

Enfin lInstitut a organis deux Ecoles thmatiques, lune en 2008, lautre en 2010 :

Ecole Thmatique : NANOSTEPS - Self-organized nanostructures on crystal surfaces, organise du 30

juin au 12 juillet 2008 Cargse a runi 56 participants : parmi eux, 35 trangers et 10 doctorants.

Ecole Thmatique : MECANIQUE DES NANO-OBJETS organise du 14 au 19 mars 2010, Autrans (Isre)

a runi 90 participants, dont 10 trangers et 27 doctorants.

Les locaux

LIm2np est une unit multi-sites, elle est situe sur deux villes, Marseille et Toulon, et dans chacune de ces villes

sur deux sites. A Marseille, nous sommes prsents sur le campus de Saint-Jrme et le technople de Chteau-



Gombert et Toulon sur le campus de la Garde et la Maison des technologies. Cette situation nest pas

exceptionnelle pour une unit de plus de 300 personnes mais nest pas sans poser des difficults de gestion,

dadministration et danimation scientifique. Les surfaces occupes sur les diffrents sites sont les suivantes

pour un total de 7084 m2.

- Site Campus de Saint-Jrme : 4378 m2,

- Site Technople de Chteau-Gombert : 1560 m2,

- Site Campus de La Garde : 730 m2,

- Site Maison des Technologies : 416 m2.

Un nouveau btiment de 4000 m2 dont 2000 m2 pour la recherche est en cours de ralisation sur le

Technople de Chteau Gombert. Il abritera la plus grande partie du dpartement Microlectronique et

Nanolectronique de lIm2np et le dpartement Microlectronique et Tlcommunications de

PolytechMarseille.

Les domaines de recherche

LIm2np dveloppe des recherches dans les domaines des sciences des matriaux, de la microlectronique

et des nanosciences. Un des principaux objectifs de lInstitut est de renforcer son potentiel dinnovation en

soutenant des projets fondamentaux susceptibles de rsoudre des problmatiques industrielles. Notre politique

scientifique a t dinciter les quipes qui constituent lInstitut proposer de tels projets ou de soutenir des

propositions qui nous semblent prometteuses. Le soutien linnovation et le transfert technologique ont t

conforts sur la base des nombreux partenariats industriels actuels et sur la participation de lInstitut aux

structures de mutualisation rgionales (plateformes CIM-PACA et ples de comptitivit). Les champs

dapplication sont nombreux et concernent les domaines de lnergie, de la science des matriaux, des

tlcommunications, du spatial,

Gouvernance

LIm2np sest organis pour rpondre au mieux lensemble de ses missions de recherche, de formation et de

transfert. Le choix de regrouper lensemble des personnels administratifs et techniques dans les diffrents

services permet une plus grande efficacit et une meilleure lisibilit. Ce choix se justifie pleinement quand

toutes les forces de recherche sont regroupes dans un mme btiment mais il trouve aussi sa lgitimit dans

notre cas en particulier concernant les aspects gestion des ressources humaines, consolidation budgtaire,

communication et cellule de valorisation. Le laboratoire a souffert dans sa phase de consolidation dun

manque critique de personnel dappui la recherche. En outre, plusieurs membres trs expriments du

laboratoire sont fortement impliqus dans les diffrentes structures de formation ainsi que dans les structures

de gestion et dadministration des tablissements de tutelles (Ecole dingnieurs et universit). Ce

positionnement est trs louable mais diminue la fois le potentiel de recherche et danimation scientifique au

sein du laboratoire.

LIm2np est compos de deux dpartements de recherche afin de privilgier une logique scientifique au

dtriment dune logique de site. Les difficults lies sa situation multi-sites et multi-tutelles sont cependant

surmontes grce aux trs bonnes relations entre les membres de lInstitut qui partagent un projet commun.

Nous avons organis nos services en tenant compte de ces contraintes.

Organisation structurelle du laboratoire

Direction

Dpartement Matriaux

Nanosciences

8 quipes de recherche

Dpartement

Microlectronique

Nanolectronique

6 quipes de recherche

1 quipe projet

Services dappui la recherche

Gestion financire

Ressources humaines

Informatique

Communication

Valorisation

Hygine et scurit

Plateformes dlaboration, de caractrisation et de calcul scientifique



Dun point de vue fonctionnel, la gouvernance du laboratoire sappuie sur un conseil de laboratoire (conseil

statutaire), un conseil scientifique compos des responsables dquipes et un comit de direction. Lensemble

est coordonn par ladministrateur sous la responsabilit du directeur et des directeurs adjoints. Les directeurs

adjoints de lunit sont aussi directeurs de dpartements et sont seconds par deux directeurs adjoints de

dpartement.

Les dpartements et les quipes de recherche

Lactivit scientifique de lIm2np se divise en deux thmatiques principales qui prsentent de nombreux

recouvrements : Matriaux Nanosciences et Nanolectronique Microlectronique. Cet ensemble de

recherche participe de lavance des connaissances dans les domaines des matriaux, des nanosciences,

des composants, des circuits et systmes intgrs. Le champ disciplinaire est donc large allant de faon

continue de la recherche fondamentale aux applications industrielles.

De par la nature des quipes composant lInstitut, lorientation scientifique gnrale se doit daller vers la

nanolectronique et microlectronique et les matriaux qui leur sont associs. Une autre volution naturelle

correspond aux tudes de nano-structuration des solides et des effets physiques associs. Ltroite

collaboration entre physiciens, chimistes et micro-lectroniciens permet dores et dj de mener bien des

tudes de nanolectronique tant du point de vue des composants que des circuits.

a. Le dpartement Matriaux Nanosciences

Le Dpartement Matriaux et Nanosciences de lIm2np focalise sa recherche sur la comprhension et la

matrise de lorganisation de matriaux fonctionnels diffrentes chelles (du m au nm). Les applications

vises concernent en premier lieu la micro-lectronique et la nanolectronique mais galement le domaine

des matriaux pour les nergies (photovoltaque, fission et fusion nuclaire). Les thmes de recherche portent

sur ltude de la croissance (pitaxie, solidification, diffusion ractive), la structure (microscopie lectronique,

rayonnement synchrotron, sonde atomique tomographique), les proprits (magntisme, proprits

lectroniques et mcaniques) et la modlisation (champ de phase, dynamique molculaire, ab initio). Le

dpartement est structur en 8 quipes de recherche qui regroupent 16 chercheurs du CNRS (sections 05, 06,

08 et 15 du CNRS), 55 enseignants-chercheurs dAix-Marseille Universit et de luniversit de Toulon (sections,

28, 30, 33 et 63 du CNU) et 14 ITA/IATOS (8 CNRS et 6 des universits). Lanimation scientif ique du dpartement

seffectue en particulier lors de sminaires hebdomadaires (le jeudi matin) et de runions mensuelles du

conseil de dpartement (responsables dquipes). La complmentarit entre les quipes du dpartement est

lorigine de nombreux projets communs qui vont de la simple collaboration informelle aux contrats

communs (ANR, DGE, ) en passant par les thses en codirection. Les comptences croises et

complmentaires entre les deux dpartements sont par ailleurs lorigine dun nombre significatif de projets

communs aux 2 dpartements (ANR, DGCIS,).

Les quipes du dpartement Matriaux Nanosciences

Equipe Ractivit et Diffusion aux Interfaces (RDI) : Lquipe sintresse la ractivit interfaciale et

au transport de matire en particulier lchelle nanomtrique. Ses objectifs sont ltude

exprimentale des phnomnes par des techniques innovantes, lanalyse des paramtres pertinents

et la comprhension/modlisation des mcanismes.

Equipe Microstructures de Croissance Auto-organises (MCA) : Lquipe sintresse aux mcanismes

physico-chimiques qui rgissent la formation de la microstructure de solidification et de la structure de

grains dans llaboration de matriaux, ainsi qu linteraction avec la gravit (convection,

dformation ) : systmes (inter)mtalliques, semi-conducteurs (Silicium polycristallin pour le

photovoltaque), analogues transparents. Elle tudie la caractrisation de la dynamique des

phnomnes par observation in situ: mthodes optiques, imagerie X synchrotron et procde des

expriences en microgravit en rgime diffusif.

Equipe Nanostructuration (NANO) : Lquipe sintresse la formation de nanostructures molculaires

et de films organiques ultra-minces sur surfaces solides, par auto-assemblage de prcurseurs

molculaires et la caractrisation de leurs proprits structurales (STM, nc-AFM, LEED) et

lectroniques (UPS, XPS, IPE). Les dveloppements instrumentaux (nc-AFM) sous-tendent cette

activit.

Equipe Nanostructures Semi-conductrices Epitaxies (NSCE) : Lquipe sintresse La croissance

pitaxiale de nanostructures base de SiGe en vue de leur application en micro- nano- et opto-

lectronique. Cette activit se dcline en deux volets : dune part la comprhension des mcanismes



fondamentaux et dautre part le dveloppement de procds/matriaux innovants pour lintgration

de nouvelles fonctionnalits dans des composants.

Equipe Dfauts Etendus et Nano-Objets (DENO) : Lquipe sintresse aux petits objets o les dfauts

de structure 2D, 1D (prcipits, nano-cavits, joints de grains, dislocations) font intervenir les effets

de surface, de ligne qui modifient les quilibres des systmes produisant des structures et des

proprits nouvelles. Lquipe tudie aussi les proprits structurales et thermodynamiques de ces

nano-objets.

Equipe Contraintes Mcaniques dans les Objets de petites Dimensions (CMO) : Les champs de

dformation dans des matriaux nanostructurs sont tudis par diffusion des rayons X (rayonnement

synchrotron, microdiffraction, diffraction cohrente) et partir de simulations atomistiques et

msoscopiques. Ltude des proprits mcaniques aux petites chelles et le couplage diffusion-

contraintes sont tout particulirement privilgis.

Equipe Magntisme (MAGNET) : Le magntisme des matriaux nanostructurs est tudi par la

rsonance magntique de spin. Nos tudes se focalisent sur les nouveaux semiconducteurs

magntiques pour la spintronique, le magntisme molculaire, la ralisation et la manipulation d'un

qubit ltat solide.

Equipe Thorie, Modlisation & Simulation (TMS) : Les tudes thoriques et numriques portent sur la

croissance, la structure et les proprits de matriaux nanostructurs, semi-conducteurs, solides

magntiques et alliages binaires. Lutilisation combine de plusieurs techniques est privilgie pour

aboutir des rsultats plus significatifs.

b. Le dpartement Microlectronique Nanolectronique

Le dpartement Micro-Nanolectronique (MNE) sappuie sur sept quipes de recherche dont les activits

couvrent les principaux axes de dveloppement de la micro et nanolectronique, depuis des aspects

fondamentaux sur les matriaux et les dispositifs innovants jusquaux circuits intgrs et au traitement du

signal. En microlectronique, les recherches du dpartement MNE sont centres sur le dveloppement de

composants mergents, le management de la puissance consomme par les circuits et systmes intgrs et

la monte en frquence des applications de type Wireless. En nanolectronique, les recherches se situent la

convergence des nouveaux matriaux et des nouveaux procds dlaboration. Elles ont conduit la

ralisation de dispositifs mergents permettant daccrotre les performances des nouvelles applications. Tout

en maintenant une activit prospective dans bon nombre de domaines (composants ultimes, mmoires,

micro-capteurs, dispositifs pour le photovoltaque), le dpartement sinscrit dans une dmarche de

couplage industriel fort et participe aux rseaux de dveloppement conomique rgional et national. Enfin, il

contribue galement, de manire trs active, plusieurs plateformes scientifiques et techniques telles

quASTEP ou CIM PACA. Le dpartement est structur en 6 quipes de recherche et 1 quipe projet qui

regroupent 2 chercheurs du CNRS (sections 08 du CNRS), 68 enseignants-chercheurs dAix-Marseille Universit

et de luniversit de Toulon (sections 28, 61 et 63 du CNU) et 16 ITA/IATOS (4 CNRS, 4 ISEN et 8 des universits).

Lanimation scientifique du dpartement seffectue lors de deux sminaires mensuels coupls avec les

sminaires du master MINELEC (master 2) et de runions trs rgulires des responsables dquipes.

Les quipes du dpartement Microlectronique et Nanolectronique

Equipe Dispositifs Ultimes sur Silicium (DUS) : Lquipe conduit des activits de recherche dans les

domaines de la caractrisation lectrique fine, de la modlisation et de la simulation analytique,

compacte et numrique des transistors MOS, nanocomposants et dispositifs sur silicium en "fin de

roadmap". Elle sintresse galement la fiabilit lectrique et radiative des technologies CMOS les

plus avances.

Equipe Mmoires (MEM) : Lquipe sintresse une large gamme de dispositifs mmoires (isols ou

matrics), avec une dmarche allant des matriaux, la conception de vhicules et logiciels de test,

en passant par la modlisation, la simulation, la caractrisation et lanalyse de la fiabilit de cellules

aux architectures innovantes.

Equipe Conception de Circuits Intgrs (CCI) : Lquipe CCI conoit des systmes intgrs innovants

partir de technologies CMOS classiques. Les applications vises sont les objets communicants

miniatures pour les tlcommunications sans fil et la RFID. Son expertise couvre lanalogique HF, le

large bande et les systmes basse consommation.

Equipe Microcapteurs (CAPT) : Les travaux de lquipe visent amliorer les performances

intrinsques de microcapteurs et multicapteurs (gaz, lumire, temprature) par l'utilisation de



matriaux aux proprits remarquables et le dveloppement des nouveaux concepts et mthodes

dacquisition et de traitement des donnes.

Equipe Composants pour lOptolectronique et le Photovoltaque (OPTO-PV) : Lquipe OPTO-PV

mne des travaux de recherche sur les cellules solaires au silicium et organiques (modlisation,

laboration, morphologie des matriaux, proprits lectroniques et optiques) ainsi que sur les

matriaux optiques nanostructurs pour des applications aux antireflets et aux capteurs.

Equipe Signaux et Systmes (SYS) : Lquipe mne principalement des recherches caractre

fondamental associes des activits de transfert industriel sur des thmatiques telles que le filtrage

adapt stochastique, le traitement dantennes, la scurisation des cartes puces ou encore les

protocoles de communication 2,45 GHz.

Equipe projet RFID capteurs (RFID) : Cette quipe projet a pour objectif de dvelopper un axe de

recherche transversal sappuyant sur les comptences de diffrentes quipes de lIm2np. Elle vise

innover et proposer de nouvelles pistes de dveloppement pour la RFID, en allant jusqu

llaboration dun prototype original.

Les moyens technologiques

Lensemble des moyens techniques et technologiques a t regroup au sein de plusieurs plateformes afin

daccrotre leur visibilit tout en favorisant leur accessibilit pour les quipes de lIm2np, les industriels et les

autres laboratoires. Les plateformes de caractrisation physique, de conception de CCI et de diagnostic RFID

(Radio Frequency IDentiification) sont partie intgrante de CIM-PACA (Centre Intgr de Microlectronique

en rgion PACA) et du Centre National RFID.

a. Plateforme dlaboration

Le laboratoire dispose dun ensemble vari de moyens dlaboration spcialement ddi au dpt de

films minces. Plusieurs btis de pulvrisation cathodique permettent de raliser des dpts de mtaux,

semi-conducteurs ou oxydes. Des chambres dvaporation sous ultra vide permettent galement la

synthse de films semi-conducteurs dans des conditions parfaitement contrles (voir galement

plateforme NanoTecMat). Par ailleurs linstitut dispose dun ensemble remarquable de chambres de

dpt de couches molculaires sous ultra vide couples la caractrisation in situ des dpts par

microscopie champ proche et photomission.

b. Plateforme de caractrisation physique

Les nanosciences font naturellement appel une mtrologie de pointe et le laboratoire a fait des

efforts particuliers dans ce domaine. En 2008 et 2009 deux quipements majeurs la sonde atomique

tomographique et le microscope lectronique ultra-haute rsolution ont t installs sur le campus de

Saint-Jrme et sont oprs par lIm2np. Leur acquisition a t rendu possible grce en particulier

CIM-PACA dans lequel lIm2np a une trs forte implication. Le microscope TITAN est inscrit dans la

plateforme nationale METSA qui a pour vocation daccueillir les utilisateurs extrieurs. De la mme

manire, la sonde atomique tomographique gnre dj (elle est arrive en juin 2009) de nombreuses

collaborations nationales et internationales. A ct de ces quipements phares, le laboratoire dispose

dun vaste panel de techniques de caractrisation in situ et ex-situ : microscopies en champ proche,

spectroscopie Raman (couple un AFM), diffraction des rayons X (diffractomtres 2 cercles et 4

cercles, chambres RX en temprature), calorimtrie (jusqu 1800 K), analyse de surface (Auger,

XPS/UPS, ), magntomtrie SQUID, RPE multifrquences, Le projet, en cours, de plateforme

Nanomag vise au dveloppement de deux outils uniques : un microscopie de force rsonance

magntique et une exprience de dtection lectrique de la rsonance magntique. Lensemble de

ces quipements fait de lIm2np un des premiers ples franais en analyse et caractrisation des

matriaux aux chelles nanomtriques.

c. Plateforme NanoTecMat

La plateforme NanoTecMat est une centrale de proximit labellise dans CT PACA (dont les deux

autres composantes sont PLANETE Marseille-Luminy et CHREATEC Sophia Antipolis). Elle vise crer

un environnement technologique entirement ddi ltude et la fabrication de composants

modles (principalement base dlments semi-conducteurs de la colonne IV). Le but est doffrir aux

utilisateurs, une chane complte de techniques allant de llaboration la caractrisation des

nanomatriaux jusqu la fabrication de composants modles en micro, nano et opto-lectronique.

NanoTecMat dispose pour remplir ces objectifs de salles blanches (classe 1000 et 10000), de btis

dpitaxie en phase solide et en phase vapeur, dquipements de photolithographie (Aligneur 4,

mode contact ou proximit, rsolution 3m, insolation holographique UV 363.8nm, rsolution

submicronique) et de gravure, dquipements de traitement thermique, dun FIB pour la



nanostructuration des substrats et dquipements de caractrisation (ellipsomtrie, AFM, MEB,

photoluminescence, profilomtrie). Un bti de dpt PECVD doxydes est en cours dacquisition.

d. Plateforme de caractrisation lectrique

Le laboratoire dispose, sur les sites de Marseille Chteau-Gombert et Toulon-ISEN, dun ensemble trs

important de moyens exprimentaux permettant de mettre en uvre des caractrisations lectriques

continues et basses frquences sous pointes (wafers 6 pouces, 200 et 300 mm) ou en botiers,

manuellement ou de faon automatique (cartographie des wafer pour des analyses statistiques),

temprature ambiante ou contrle (-50C +250 C, prochainement jusqu -170C grce un cryo

Prober 8 pouces en cours dacquisition) . Le laboratoire dispose en outre dun testeur Agilent 93000 et

de deux testeurs Kalos, installs dans les locaux de ST-Rousset. Le laboratoire sest quip ces dernires

annes en moyens de caractrisation lectrique lchelle nanomtrique : il dispose pour cela dun

AFM fonctionnant en mode Conductive-AFM (C-AFM) pour la mesure du courant en surface et en

mode Kelvin Force Microscopy pour la mesure du potentiel de surface ; un AFM environnemental (-

140C +200C) sous azote ou vide viendra prochainement complter cette plateforme de

caractrisation. Enfin, lIm2np dispose de moyens de test rcents concernant la caractrisation

lectrique hautes frquences : un banc de test sous pointes 65 Ghz, un analyseur de rseau 67 GHz, un

analyseur de spectre 44 GHz, un analyseur de modulation 44 GHz (Porteuse) et 36 Mhz (Bande), un

gnrateur 60 GHz et un oscilloscope chantillonn 50 GHz.

e. Plateforme de conception de CCI

Les concepteurs de circuits du laboratoire bnficient dune plateforme informatique de CAO trs

performante, architecture autour de quatre serveurs SUN V490 et disposant de lensemble des outils

Cadence, Mentor Gaphics, Silvaco et Synospsys. Lensemble reprsente 40 postes de travail qui

peuvent fonctionnent simultanment sur les serveurs du laboratoire.

f. Plateforme de calcul scientifique (PLACS)

Le laboratoire sest dot depuis 2005 dune plateforme de calcul scientifique (plateforme PLACS)

organise autour dun cluster de calcul (Merlin) qui compte aujourd'hui plus de 300 noeuds de calculs

diviss en trois tranches usages ddis. La premire tranche a vu le jour en 2005 sur un projet rgion

men conjointement avec l'Institut de Recherche sur les Phnomnes Hors-Equilibre (IRPHE). En 2010, le

cluster a bnfici de deux extensions de configurations diffrentes finances par diffrents projets ANR

et europen. La premire extension, interconnecte en infiniband, est ddie aux calculs scientifiques

massivement parallles. La seconde, appel Figaro, est strictement rserve aux calculs trs forts

besoins en mmoire. La premire tranche est aujourd'hui rserve aux calculs squentiels. Les

principales directions de recherche menes par l'Im2np sur la plateforme sont essentiellement des

modles de croissance continus et non-linaires, mais galement ab initio, des simulations de transport

quantique dans des nanodispositifs, des proprits optolectroniques de nanostructures selon des

modles empiriques et ab initio.

g. Plateforme de diagnostic RFID

Cette plateforme, en cours dinstallation au sein du laboratoire et de conventionnement avec le

Centre National RFID, permettra deffectuer des tests de caractrisation de performances et de

conformit avant la certification proprement dite de tags RFID ou de lecteurs. Ses missions essentielles

sont de dvelopper une expertise pilote par la communaut acadmique, en lien avec les industriels

(pour tre force de proposition dun point de vue innovation et supporter les futures volutions), tout en

dveloppant des activits de services orientes produits dont les demandeurs sont les industriels et PME.

Dans sa configuration finale, la plateforme bnficiera dune architecture modulaire et ouverte

pouvant stendre vers lensemble des Normes RFID vises. Elle permettra limplmentation en priorit

de la norme EPC class1 Gen2(900MHz) en basant les tests sur la norme ISO 18000-6C et la norme de test

18046/47. Les tests raliss actuellement au laboratoire Im2np laide de cette plateforme concernent

les mesures de fonctionnement dun tag, lvaluation des distances de communication, les mesures de

rayonnement des antennes (tag /lecteur) ou encore les mesures de performances sur matriaux divers.

h. Plateforme ASTEP-LSM

Depuis 2004, le laboratoire dispose dune plateforme permanente ddie la caractrisation des

composants et circuits lectroniques dans lenvironnement radiatif terrestre naturel (problmatique des

neutrons atmosphriques). Dnomme ASTEP (Altitude Single-event effects Test European Platform) et

situe sur le Plateau de Bure, dans le massif du Dvoluy, 2552m, cette installation est hberge au sein

de lObservatoire de lInstitut de Radioastronomie Millimtrique (IRAM) o elle bnficie dun

environnement idal trs faible bruit, notamment lectromagntique. La plateforme est rfrence

dans le standard industriel JEDEC JESD89A comme lun des principaux sites de recherche de ce



domaine au niveau international. Depuis 2006 se succdent diffrentes expriences de caractrisation

de mmoires SRAM, FPGA et capteurs (CCD) avec diffrents industriels du domaine (STMicroelectronics,

ATMEL, Xilinx). En 2008, le laboratoire a install un moniteur neutrons permettant de suivre en temps rel

les variations du flux de neutrons atmosphriques arrivant sur les expriences de microlectroniques. En

complment de ces expriences en altitude, lIm2np conduit galement depuis 2007 des tests en

environnement souterrain (pour se protger cette fois de la contrainte atmosphrique) au Laboratoire

Souterrain de Modane (LSM). Lensemble des installations dployes sur ASTEP et au LSM en font un

ensemble exprimental unique au niveau mondial.

Une prsentation dtaille du bilan des plateformes SAT (sonde atomique tomographique), TITAN,

NanoTecMat, CCI, PLACS, RFID, ASTEP-LSM est faite plus loin.

Production scientifique

La production scientifique du laboratoire sur la priode 2006 2009 (hors direction de thse, contrats de

recherche, ) est reprsente dans le tableau ci-aprs. En premire analyse, nous pouvons faire le bilan

suivant. Les articles parus dans des revues internationales et nationales comit de lecture reprsentent la

part la plus importante avec 54 % de la production. Le taux moyen de publication pour les 74 ETPR (Equivalent

Temps Plein Recherche) est de 1,98 et de 2,09 si lon tient compte de la production en matire douvrages

scientifiques.

Ce premier rsultat est en amlioration par rapport au prcdent quadriennal. Ceci peut sexpliquer par la

redfinition des grands axes de recherche en 2006 qui a vu la fois la cration des deux dpartements et le

regroupement des quipes de recherche en privilgiant davantage une logique scientifique quune logique

de site.

Les communications dans des colloques avec actes reprsentent 26 % de la production avec un taux moyen

de 0,96. Le nombre de confrences invites est aussi en augmentation par rapport au prcdent quadriennal

avec un taux moyen de 0,50. Ce dernier rsultat tmoigne la fois du dynamisme des chercheurs et de

lintrt que porte la communaut scientifique leurs travaux. La diffusion des connaissances issue des

travaux du laboratoire sest traduite par un nombre plus important douvrages, de chapitres douvrages et de

directions douvrages avec 3 % de la production. Enfin, la volont du laboratoire de dvelopper aussi des

recherches vocation transfert technologique et de mieux valoriser ses travaux a permis le dpt de 28

brevets sur la priode : ce rsultat est galement en augmentation.

Anne

2006

Anne

2007

Anne

2008

Anne

2009

Total 4

ans

Moyenne/

an

Moyenne/

ETPR/an

ACL

articles dans des revues

comit de lecture 149 150 150 137 586 146.5 1,98

ASCL

articles dans des revues

sans comit de lecture 0 1 1 0 2 0,5 0,01

INV

confrences invites 31 39 47 32 149 37.25 0,50

ACTI / ACTN

communications colloques

internat. ou nat avec actes 65 86 85 49 285 71,25 0,96

COM

communications orales

sans actes 113 97 136 97 443 110,75 1,50

AFF

communications par

affiche 24 21 31 24 100 25 0,34

OS

ouvrages (ou chapitres)

scientifiques 6 5 6 10 27 6,75 0,09

DO

direction douvrages 3 1 1 2 7 1,75 0,02

BRE

brevets 8 12 1 7 28 7 0,09

Production scientifique de lIm2np priode 2006 - 2009



A noter que ces rsultats globaux diffrent selon les thmatiques de recherche traites (pour plus de prcision,

voir les chiffres des bilans scientifiques des quipes).

Rpartition de la production scientifique sur la priode 2006 - 2009

Pour complter ces chiffres, on peut signaler la direction de 110 thses de Doctorat soutenues sur la priode

et 10 Habilitations Diriger des Recherches.

Partenariats acadmiques - GDR

LIm2np est porteur du GDR CNRS 3180 MECANO Mcanique des Nano-objets (2008-2011) dirig par O.

Thomas. Lobjectif du groupement MECANO est de dvelopper une approche pluridisciplinaire sur la

mcanique des nano-objets auprs de physiciens, mcaniciens et chimistes pour crer ou renforcer des

collaborations rendues ncessaires par la complexit des problmes abords. Notre dmarche est structure

autour de trois axes : Le premier axe concerne ltude des proprits mcaniques aux petites dimensions. Il

sappuie naturellement sur les axes II et III respectivement consacrs aux mthodes danalyse (axe II) et la

synthse dobjets modles ainsi qu la physique de la croissance sous contraintes (axe III). Lenjeu de laxe I



est de faire progresser la connaissance de la comprhension des proprits mcaniques aux petites chelles.

Le deuxime axe concerne le dveloppement de mthodes danalyses exprimentales et thoriques ddies

ltude des contraintes et dformations locales, ce qui reprsente un vritable enjeu tant du point de vue

fondamental que du point de vue des applications. Le troisime axe concerne dune part la fabrication

dobjets modles qui pourront tre tudis par diverses mthodes complmentaires et dautre part ltude

des mcanismes de fabrication/croissance de matriaux contraints (lun des enjeux consiste contrler la

croissance ou lauto-organisation via des contraintes lastiques). Le GDR 3180 regroupe une douzaine de

laboratoires en France. Son activit danimation scientifique se dcline travers des runions gnrales, des

ateliers cibls sur des thmatiques particulires et des coles (http://www.im2np.fr/GDR-Mecano/). Lcole

MECANO 2010 a eu lieu Autrans du 14 au 19 mars 2010 et a regroup 90 participants.

Par ailleurs, lIm2np est lorigine, avec le laboratoire IES (Montpellier), de la cration du GDR CNRS 3369

ERRATA Effets des radiations naturelles sur llectronique au niveau atmosphrique et terrestre . Ce GDR, qui

a reu un avis trs favorable des sections 3, 6 et 8 du CNRS, est actuellement en cours de mise en place (avril

2010). Il fait suite aux journes RADSOL 2008 et 2009, inities galement par lIm2np et lIES, qui ont permis une

premire structuration de la communaut nationale. Le GDR ERRATA a pour principal objectif de fdrer et

mettre en rseau les quipes de recherche acadmiques et les centres de recherche industriels travaillant sur

cette problmatique mergente de la microlectronique, consquence directe de lintgration des

technologies CMOS qui conduit une augmentation de leur sensibilit non seulement aux particules

nergtiques prsentes dans latmosphre (neutrons, protons) mais galement aux impurets radioactives

(metteurs de particules alpha) prsentes sous forme de traces rsiduelles dans les matriaux des circuits.

Lorganisation dune cole dt sur les problmatiques de llectronique au niveau terrestre ainsi que

louverture linternational des journes RADSOL sont les premiers objectifs du GDR pour 2010-2011.

Rseaux Alliance et Positionnement du laboratoire

Dans leur ensemble, les diffrentes quipes du laboratoire sont impliques dans divers rseaux nationaux et

internationaux. Elles sont trs prsentes au sein des diffrents GDR pour les thmatiques dont elles relvent,

participant ainsi lanimation de la communaut scientifique nationale linstar des GDR MECANO et

ERRATA. En outre, lappartenance du laboratoire lInstitut Carnot STAR nous a permis, au sein du rseau des

Instituts Carnot, de participer activement la mise en place de lalliance TIC MNT (Technologie de

lInformation et Communication Micro-Nano-Technologie). Cette alliance, au sens du rseau des Instituts

Carnot, regroupe tous les plus grands laboratoires travaillant dans le domaine (CEA-LETI, IEMN, LAAS, IMS, XLIM,

FEMTO-ST, .). Un fait marquant de cette collaboration a t la labellisation du projet Capucine (dvelopp

conjointement avec le LETI) en rponse lappel projets Nano-Innov de lANR. Les quipes participent

galement lorganisation de nombreuses confrences nationales et internationales. Plusieurs chercheurs du

laboratoire ont t sur la priode 2006 2009 experts dans les diffrentes instantes dvaluation et dexpertises

nationales (AERES, ANR, ANRT, ) et internationales (NSERC : Natural Sciences and Engineering Research

Council of Canada, ). Enfin, au niveau local, le laboratoire est fortement impliqu dans le projet de fusion

des 3 universits dAix-Marseille ainsi que dans la rponse aux diffrents appels dans le cadre du grand

emprunt national. Il est aussi trs impliqu dans lanimation de plusieurs structures de recherche et de

valorisation de la recherche (Institut Carnot STAR, CIM-PACA, CNano,). Ce dernier point sera dvelopp

dans la rubrique Partenariats et valorisation .

Ressources Financires de lunit

Le tableau ci-dessous rsume lensemble des ressources financires du laboratoire. Les recettes hors salaires et

dotation correspondent au montant destination de lunit pour lanne en cours provenant des contrats

industriels, des conventions et autres subventions. Quelques points remarquables signaler :

La dotation en provenance du Ministre de la Recherche (dont CNRS) reprsente environ 10% des

recettes.

La masse salariale, hors salaires verss via les contrats de recherche, est du mme ordre de grandeur

que les recettes.

Une analyse du budget global non consolid du laboratoire sur la priode 2006 2009 met en vidence les

points suivants :

Une forte augmentation des projets europens ;

Une forte augmentation des contrats ANR ;



Une forte augmentation des projets DGCIS labelliss par les ples de comptitivit ;

Un soutien des collectivits territoriales en constante augmentation ;

Une diminution des contrats CIFRE ;

Une diminution globale des contrats industriels.

La forte augmentation des projets europens souligne leffort douverture du laboratoire linternational. On

note aussi un recentrage de nos activits de recherche favorisant davantage les projets ANR plutt que les

projets industriels. La diminution du nombre de conventions CIFRE nombre de doctorants constant au sein

du laboratoire sinscrit aussi dans cette stratgie. A souligner que ce point tait lune des recommandations

fortes du prcdent comit dvaluation. Le nombre croissant de projets DGIS supports par les ples de

comptitivit tmoignent aussi de notre volont de transfrer autant que faire se peut les rsultats de nos

travaux de recherche.

2006 2007 2008 2009 TOTAL (k TTC)

Masse salariale en 7416 7762 7950 8338 31466

ETPR 70,5 74 74 77,5 74

Dotation Ministre de la

Recherche 665 692 1034 806 3196

Sous total (k TTC) 8081 8454 8984 9144 34663

Programmes

internationaux 28 18,66 23,66 52,96 123,28

Projets Europens 725 667 692 1016 3100

Conseil Rgional 187 492 721 615 2015

ConseilS

Dpartementaux 161 231 409 662 1462

FEDER 33 54 341 132 560

Sous total (k TTC) 1135 1463 2186 2478 7261

Projets ANR 491 662 748 1286 3187

Projets DGCIS 48 58 239 992 1337

Contrats Organismes

publics 182 201 139 477 999

Institut Carnot STAR 0 19 98 75 192

Sous total (k TTC) 721 940 1126 2755 5542

Contrats industriels

Fonds publics 1649 1184 812 776 4420

Contrats industriels

Fonds privs 398 411 402 258 1469

Contrats CIFRE 285 285 162 229 959

Sous total (k TTC) 2331 1879 1376 1262 6848

TOTAL (k TTC) 12268 12736 13769 15714 54486

Rpartition annuelle du budget sur la priode 2006 2009

Relations industrielles et valorisation

Nous poursuivons notre action ladresse du monde socio-conomique en tant trs fortement impliqus

dans plusieurs ples de comptitivit et structures de valorisation favorisant les partenariats industriels. Parmi

les plus significatives nous pouvons citer le Ple de comptitivit SCS (Solutions Communicantes Scurises),

lInstitut Carnot STAR et CIM-PACA.



a. Ples de comptitivit

LIm2np est prsent dans cinq ples de comptitivit (SCS, Mer, Capnergies, Pgase, Optitec) des degrs

diffrents dimplication. Nous sommes au bureau et au CA du Ple SCS reprsentant le CNRS et lUniversit de

Provence et membre pour les autres. Ce partenariat troit avec les industriels a permis lmergence au sein

du laboratoire dune quipe projet RFID-Capteurs. Les chercheurs de cette quipe sont issus des quipes CCI

et Micro-capteurs, leur mission sur le quadriennal est didentifier les principaux verrous technologiques et

scientifiques lis aux applications RFID permettant de rpondre au mieux la demande industrielle. Le

nombre de projets labliss par les ples de comptitivit et financs a fortement augment ces dernires

annes en particulier ceux relatifs aux applications RFID.

0

5

10

15

20

25

30

2006 2007 2008 2009

Optitec

Capnergie

Pgase

Mer

SCS

Nombre de projets labelliss sur la priode 2005-2009

b. Institut Carnot STAR

LIm2np fait partie intgrante de lInstitut Carnot STAR (Science et Technologie pour les Applications de la

Recherche). Cet institut regroupe 8 laboratoires (1 UPR et 7 UMR) situs sur le site de lEtoile entre le

technople de Chteau-Gombert et le campus de Saint-Jrme. Il reprsente un potentiel de recherche de

1000 personnes travaillant dans 4 domaines (Matriaux, Micro-Nanolectronique, Mcanique Energtique et

Traitement de lInformation et Systmes). La principale mission est de dvelopper des recherches vocation

transfert industriel et donc de favoriser les partenariats industriels tout en maintenant au sein de linstitut un

ressourcement scientifique de qualit (site www.icstar.fr).

c. Laboratoire commun de recherche CCR2

La qualit de la recherche partenariale est un fait marquant de lIm2np. En tmoignent la cration dun

laboratoire commun de recherche avec la socit STMicroelectronics, les nombreux contrats industriels

pluriannuels, le nombre lev de thses CIFRE et son appartenance lInstitut Carnot STAR. Pour soutenir cette

activit de recherche ladresse des industriels, nous avons depuis les annes 2000 mis en place plusieurs

conventions de recherche pluriannuelles (STMicroelectronics, ATMEL,.) dont une a dbouch sur un

laboratoire commun de recherche appel CCR2 (Centre Commun de Recherche Rousset 2). Ce laboratoire

cr en 2003 dispose de locaux au sein de la socit STMicroelectronics permettant daccueillir les

chercheurs, enseignants chercheurs et doctorants travaillant sur les thmatiques de la microlectronique

(technologies avances, mmoires non volatiles, conception de circuits et systmes RF et RFID). Trois

laboratoires (Institut Fresnel, Im2np et CMP-GC) participent au CCR2 avec la socit STMicroelectronics. Nous

sommes actuellement en cours de discussion pour prolonger de 4 ans la convention de collaboration qui a

pris fin en 2009. Sur la priode 2006 2009, le niveau de financement obtenu dans le cadre des travaux

effectus au sein du CCR2 avec la socit STMicroelectronics slve 5,007 M et 1,2M dans le cadre du

programme de recherche EREVNA avec la socit ATMEL.

d. CIM-PACA

Nous avons activement particip la cration de CIM-PACA (Centre Intgr de Microlectronique de la

Rgion PACA) dont le but est de favoriser les partenariats industrie laboratoire, daccrotre la comptitivit

industrielle et conomique de la Rgion PACA, mais aussi de raliser lancrage rgional des entreprises du

secteur de la microlectronique. CIM-PACA, cr en 2005, est un ensemble de trois plateformes

(Caractrisation Physique, Micro-Packaging et Conception) composes dquipements mutualiss pour un

montant de lordre de 100 M cofinancs parts gales public-priv. CIM-PACA est gr au sein dune

association nomme ARCSIS (Association pour la Recherche sur les Composants et les Systmes Intgrs

Scuriss) dont la mission est de participer l'animation de la communaut scientifique, technique et

industrielle de la filire microlectronique en favorisant la mise en place de projets coopratifs et en stimulant

http://www.icstar.fr/



les actions collectives de prospection et de valorisation (site www.arcsis.org).

e. Cration dentreprise

Un des faits marquants dans nos activits industrielles concerne la cration dentreprise avec une premire

spin-off (PRIMACHIP) issue de lIm2np dans le quadriennal et deux projets en cours de cration. Un rsultat trs

prometteur qui devrait assez rapidement susciter de nouvelles vocations dans le domaine des applications

RFID.

Lentreprise PRIMACHIP, cre en mai 2009, dveloppe et commercialise une expertise en conception des

circuits intgrs microlectroniques travers une gamme darchitectures innovantes analogiques et

numriques, ou blocs de proprits intellectuelles (IP), visant les marchs microlectroniques de laudio.

PRIMACHIP se positionne comme une socit de conception de circuits intgrs, dite fabless cest--dire

sans production, dont la comptence rside dans le savoir-faire en intgration silicium de nouvelles

architectures microlectroniques (www.primachip.com).

Relations avec les structures de formation

Nous contribuerons dune manire gnrale lamlioration de loffre de formation dans les domaines

concerns par lInstitut. Nous nous sommes fortement impliqus dans la recomposition du paysage des coles

dingnieurs sur laire Marseillaise, sur loptimisation de loffre de formation dans le cadre du LMD, dans

laccompagnement des Ples de comptitivit sur le volet formation et plus rcemment sur le projet de fusion

des trois universits dAix Marseille. A titre dexemple, nous dveloppons quelques initiatives telles que :

a. CNFM PACA

Loptimisation de loffre de formation dans la rgion PACA linstar de ce qui a dj t fait dans la plupart

des autres rgions de France a t une proccupation commune de la direction du CNFM (Comit National

de Formation en Microlectronique), du SITELESC et des principaux responsables dtablissement de formation

de la rgion PACA. De ce constat et de cette volont est n le projet de cration du Ple CNFM PACA. Le

Ple CNFM PACA a t inaugur le 7 juin 2001 et ces principales missions sont :

1. Dvelopper et fdrer les enseignements de la microlectronique tant sur le plan de la formation

initiale que continue en mettant en place des moyens communs et complmentaires ;

2. Permettre le dveloppement de la formation par la recherche dans le cadre de collaborations avec

les coles doctorales et les laboratoires dont une partie de lactivit est consacre la

microlectronique ;

3. Aider au dveloppement conomique rgional et national en dveloppant des collaborations avec

les industriels, en les faisant bnficier des comptences dveloppes au sein du Ple PACA et en

mettant leur disposition les moyens dont dispose le Ple dans le cadre dactions de formation

permanente.

Aprs en avoir assur la direction pendant huit ans, cest un enseignant chercheur de lIm2np qui en est

prsent le directeur adjoint.

b. Ecoles dingnieurs

Face la ncessit damliorer la formation et de rendre plus visible aux plans national et international les

coles dingnieurs, nous avons pris la dcision de fusionner plusieurs coles dingnieurs marseillaises. Plusieurs

enseignants chercheurs de lIm2np se sont impliqus dans deux projets de cration de nouvelle coles

dingnieurs (PolytechMarseille et Ecole Centrale Marseille). PolytechMarseille est ne en mai 2001 du

regroupement de trois coles dingnieurs (IUSTI : Institut Universitaire des Systmes Thermiques Industriels,

IUSPIM : Institut Universitaire des Sciences pour lIngnieur et ICF : Institut Charles Fabry). Ces trois coles

forment trois des quatre dpartements de formation et de recherche de Polytech Marseille. LEcole Centrale

de Marseille a t cre plus rcemment en 2006, elle est issue du regroupement de 4 coles dingnieurs

(ENSPM, ENSPICAM, ESM2 et ESIM).

c. Masters recherche

Dans le cadre de la rforme LMD, nous avons aussi activement particip la cration de deux masters

recherche dans les domaines de la microlectronique et nanolectronique (Master MINELEC) et dans les

domaines des sciences des matriaux (Master MANE). Ces deux masters comportent plusieurs parcours M2R

qui peuvent tre accessibles galement aux tudiants des coles dingnieurs dans le cadre dun double

cursus en mme temps que leur 5me anne. En particulier, deux parcours M2R du Master MINELEC sont ouverts

http://www.arcsis.org/http://www.primachip.com/



aux tudiants des coles dingnieurs (Polytech Marseille, Ecole Centrale Marseille, ISEN Toulon et CMP-GC

Ecole Nationale Suprieure des Mines de Saint Etienne) (site www.up.univ-mrs.fr/microcom). Le master MANE

(Matriaux Avancs pour les Nanosciences et lEnergie) est lunique spcialit Recherche en Sciences des

Matriaux sur Aix-Marseille Universit. Rattach principalement la mention Physique, il est aussi rattach la

mention Matriaux. L'enseignement propos a pour ambition de doter les tudiants des concepts et outils

ncessaires la comprhension, la modlisation et l'analyse exprimentale des proprits macroscopiques

(mcaniques, lectriques, optiques) de matriaux ralistes, prsentant des surfaces, des interfaces, des

dfauts, en couches minces ou nanostructurs ... partir de leur description l'chelle de l'atome. Ces

concepts et outils sont dvelopps et appliqus des matriaux fort potentiel applicatif travers deux

parcours: Matriaux pour lEnergie ou bien Matriaux et Nanosciences. Ainsi, aprs un tronc commun assurant

de solides connaissances fondamentales, les tudiants ont le choix entre deux parcours spcifiques :

Nanosciences et Energie.

Diffusion des connaissances

Les enseignants-chercheurs et les chercheurs de lIm2np simpliquent rgulirement dans des actions de

vulgarisation et de diffusion de la connaissance auprs du grand public. A ce titre, ils participent aux

manifestations lies la Fte de la Science, animent des dbats dans des tablissements de lenseignement

secondaire, assurent la permanence de stands loccasion des salons Mtierama et Salons de lEtudiant. Un

enseignant chercheur du laboratoire est par ailleurs Prsident du Festival des Sciences et Technologies de

Marseille (www.festival-sciences.com/).

Hygine et scurit

Le laboratoire compte 2 ACMO et des correspondants de sites (un pour chaque site) qui sont en charge de

lhygine et de la scurit. Si lon retrouve des risques incendies et des risques lis aux installations lectriques

dans tous les btiments, des risques spcifiques (Lasers, Rayons X, Produits chimiques, sources radioactives) ont

t recenss dans certains btiments. Depuis le cration de lIm2np, un certain nombre dactions ont t

mises en place savoir :

Bilan des accidents et incidents survenus dans l'unit et mesures prises.

Identification et analyse des risques spcifiques rencontrs dans l'unit.

Dispositions mises en uvre en fonction des risques. Priorits retenues.

Fonctionnement des structures d'hygine et de scurit propres l'unit (ACMO, comit spcial

d'hygine et de scurit, personne comptente en radioprotection).

Dispositions mises en uvre pour la formation des personnels et notamment des nouveaux entrants (y

compris stagiaires, doctorants)

Problmes de scurit qui subsistent et moyens envisags pour les rsoudre.

Enfin, chaque nouvel arrivant dans le laboratoire se voit remettre un livret daccueil contenant le rglement

intrieur, la charte informatique spcifiant les conditions dutilisation des systmes informatiques, une fiche sur

la protection des travaux en matire de proprit intellectuelle et une fiche de consignes dhygine et

scurit.

http://www.up.univ-mrs.fr/microcomrhttp://www.festival-sciences.com/


B i l a n s c i e n t I f I q u e 23

Bilan scientifique

des quipes


B i l a n s c i e n t I f I q u e 25

Bilan scientifique de lquipe

Ractivit et Diffusion aux Interfaces

Responsable Dominique Mangelinck, Charg de recherche CNRS

Thmatiques de recherche

Ractivit interfaciale Mcanismes de formation, lments dalliage et ternaires

Transport de matire Diffusion, sgrgation, redistribution

Personnel permanent

Chercheurs et enseignants-chercheurs

Bergman C. DR2 dpart retraite 03/2008

Bernardini J. DR1

Girardeaux C. PR2

Hoummada K. MCF arrive dans lquipe au 01/12/2008

Mangelinck D. CR1

Moya G. PR1

Perrin-Pellegrino C. MCF

Portavoce A. CR2

Putero M. MCF

Record M.-C. PR2

Rolland A. PR1

Ingnieurs et techniciens

Daineche R. IGR

Si Ahmed A. IGR

Descoins M. IGE arrive dans lquipe au 01/12/2008

Duployer B. IE

3 publications les plus cites des 8 dernires annes

1. Seger J, Zhang SL, Mangelinck D, Radamson HH Appl. Phys. Letters, 2002 (47 citations)

2. Berbezier I, Ronda A, Portavoce A J. Phys. Condensed Matter, 2002 (35 citations)

3. Erdelyi Z, Girardeaux C, Tokei Z, Beke DL, Cserhati C, Rolland A, Surf. Sci., 2002 (28 citations)

Partenariats acadmiques et industriels

STMicroelectronics (Crolles, Rousset), ATMEL (Rousset), MENRT, CIM-PACA plateforme

caractrisation

CEA (LETI, DAM), GDR transdif, GDR Surgeco, CPR Prcipitation, Rseau dexcellence REX CMA,

CIRIMAT, GPM, ENS, PHC Balaton, PHC-IMHOTEP, ESRF, ELETTRA, IBM-Yorktown-USA, Royal Inst.

Technol. Stokholm, RITPMS-Budapest, Dpt Solid State Phys. - Debrecen, IMRE-Singapour, National U.

Singapore, U. Mentouri, U. Sfax, U. Oural, ENS Rabat

Contribution aux formations

Dpartement Sciences de la Matire Facult des Sciences et Techniques - Universit Paul

Czanne (Directeur : C. Girardeaux)

Master Matriaux inter U : responsable mention (C. Girardeaux), responsable spcialit

professionnelle Matriaux et Technologies Associes (M.C. Record)

L2 "Sciences Pour lIngenieur" sur Marseille - St Jrome (M Putero), responsable de licence

Licence SPI : membre de lquipe pdagogique (2008-2009) (C. Perrin)


Equipe Ractivit et Diffusion aux Interfaces 26

Diffusion des connaissances

Cours sur la diffusion ractive lors de lcole du GDR Transdif en 2008 (D Mangelinck)

Sminaires sur la sonde atomique ST Rousset, ST Crolles, et Atmel (D Mangelinck)

Sminaires sur la diffusion ractive au GPM (Rouen) et lONERA (Chatillon)

Collaborations internes lInstitut

Equipe Mmoires, DENO et RFID-capteurs: projet CARNOT "CORNFlex"

Equipe CMO: Co-encadrement de la thse de T.Ouled, de J. Fouet et de R. Delattre, ANR TAPAS

Equipe MCA : thse de D Borivent

Equipe DENO : ANR TAPAS

Equipe OPTO-PV

Positionnement scientifique au niveau national et international

Participation aux GDR Transdif , Surgeco et CNano PACA

Organisation dune runion du GDR Transdif Marseille, 25-27 juin 2007.

Steering Committee of Inter. Conf. on Space Charges in non Conductive Materials CSC (G.Moya)

Prix et distinctions

I. Blum, Prix de la meilleure prsentation aux JNRDM 2009 suivi de la remise des prix au CNFM

B. Lalmi, Prix du meilleur poster au congrs MPA 2008, Cambridge (England), janvier 2008

B. Lalmi, Prix du meilleur poster au Workshop Diffusion and Stress , Lilafured (Hongrie), septembre

2006

C. Bergman Chevalier de la Lgion d'Honneur, Ministre de l'Enseignement Suprieur et de la

Recherche. 2009



La miniaturisation et la complexit croissante des composants des dispositifs lectroniques sont lorigine de

nouvelles problmatiques lies des nouveaux matriaux et aux processus dlaboration. La rsolution des

problmes poss sappuie sur lutilisation des concepts fondamentaux de la mtallurgie.

Notre quipe possde un savoir-faire reconnu dans ce domaine et notre activit actuelle consiste

sintresser plus particulirement la ractivit interfaciale et au transport de matire lchelle

nanomtrique. Ltude des phnomnes observs cette chelle, lanalyse des paramtres pertinents et la

modlisation des mcanismes sous-jacents constituent nos objectifs.

Ractivit interfaciale Resp. D. Mangelinck

La comprhension du comportement ractif de solides de taille nanomtrique passe par le dveloppement

de mthodologies nouvelles aussi bien sur le plan exprimental que sur le plan conceptuel.

Sur le plan exprimental, nous avons mis en place un dispositif permettant de coupler in situ en temps rel la

diffraction X, la rsistivit et la rflectivit X fonctionnant lESRF ou au laboratoire. Notre participation au

Centre Intgr de Microlectronique CIM-PACA nous permet laccs des techniques comme le SIMS. Nous

avons aussi dvelopp des collaborations pour accder au synchrotron (ESRF, IBM), et la tomographie

atomique (GPM, Rouen). Nous avons galement men bien lacquisition dune sonde atomique

tomographique (SAT). La comprhension de ces expriences et des mcanismes ncessitent aussi de

dvelopper des simulations ce que nous avons commenc dans lquipe.

Sur le plan conceptuel, ces systmes du type multicouches, films minces, revtements possdent un grand

rapport interface/volume qui ncessite la prise en compte de phnomnes dans lesquels les interfaces

contrlent les transformations subies par le matriau. L'addition d'lments d'alliage ou d'impurets peut

modifier fortement la ractivit et aider comprendre pourquoi des phases mtastables apparaissent et

peuvent tre stabilises dans certaines conditions (engineering cintique).

Mcanismes de formation des siliciures

Croissance latrale des siliciures

Les premiers stades de la raction jouent un rle trs important sur les mcanismes de formation des siliciures. Il

est donc devenu de plus en plus important de comprendre et de contrler la raction et la stabilit

dinterface sur des chelles de quelques nanomtres. Pour les siliciures tudis, nous avons toujours observ

deux pics exothermiques par calorimtrie diffrentielle balayage (DSC) correspondant la formation de la

premire phase lors de la raction entre le film mtallique (Pd [Hoummada et al, Appl. Phys. Lett., 2008], Ni et

Ni(Pt) [Hoummada et al, J. Appl. Phys., 2009]) et le substrat de silicium. En effet, la formation dune phase se

fait en deux tapes : la croissance latrale des germes (1er pic) suivie de la croissance de la phase dans la

direction normale au substrat (2me pic). Ainsi, nous avons pu observer par sonde atomique tomographique

3D la formation dun prcipit de Ni2Si aprs le dpt dun film de nickel contenant 5% de platine. La forme

du prcipit est en accord avec la croissance latrale des germes de la phase Ni2Si aprs dpt [Hoummada

et al, Appl. Phys. Lett., 2006].

Effet des contraintes sur la ractivit

La formation des siliciures de nickel saccompagne de contraintes dues au changement de volume local lors

de la raction de formation. Ces contraintes sont fortement compressives au cours de la formation de Ni2Si et

moins importantes pour les phases suivantes. Dans le cas de Ni/Si amorphe, nous avons observ un dcalage

en temps entre la fin de formation de Ni2Si et le dbut de la formation de NiSi. En prsence de platine, les

phases NiSi et Ni2Si croissent simultanment jusqu la consommation complte du film Ni(Pt), ensuite la

croissance de NiSi est acclre aprs un dcalage en temps. Le dcalage en temps dans les deux cas est

li la relaxation des contraintes dans Ni2Si; la formation de NiSi (Ni pur) ou lacclration de la croissance de

la phase NiSi (Ni alli en Pt) a lieu quand la couche de Ni2Si est compltement relaxe. Ces rsultats montrent

que les contraintes intrinsques lies la formation des siliciures influencent la diffusion ractive [Mangelinck

et al, Appl. Phys. Lett., 2008].

Formation des phases transitoires

Rcemment, des comportements de croissance plus complexes ont t observs comme la formation de

phases transitoires. Ces phases apparaissent et disparaissent lors de la croissance dune autre phase. La

croissance simultane de deux phases peut tre explique avec les lois cintiques classiques mais la

consommation dune de ces phases alors que les deux ractants sont toujours prsents est plus tonnante et

constitue la spcificit des phases transitoires (Fig. 1).

Nous avons mesur par DSC et DRX la cintique de formation et de consommation de la phase transitoire -

Ni2Si. Un modle permettant dexpliquer le comportement transitoire a t propos et permet dajuster les

mesures exprimentales [Mangelinck et al, Appl Phys Lett, 2009]. Il est bas sur la croissance latrale de la

phase -Ni2Si linterface -Ni2Si/Si jusqu ce que la phase -Ni2Si entoure la phase -Ni2Si. Lorsque -Ni2Si


Equipe Ractivit et Diffusion aux Interfaces 28

est englob dans -Ni2Si, cette phase devient instable au point de vue cintique et est consomme par -

Ni2Si.

Figure 1: DRX in situ montrant la phase transitoire -Ni2Si Figure 2: croissance simultane de Ni2Si et NiSi :

SAT de 50 nm de Ni(5%Pt) sur Si(100) recuit 1h 290C.

Ractions de films trs minces

Ltude que nous menons sur le systme [Si sur substrat Ni] a pour but dtudier leffet de taille sur la formation

des phases pour des films ayant des paisseurs non plus dune vingtaine de nanomtres mais dune vingtaine

dangstrms. Lors de la raction de 5 monocouches de Si (< 1 nm) sur un substrat de Ni, nous avons observ

par AES in situ la formation squentielle des diffrents composs Ni-Si dans le sens des compositions croissantes

en Ni. Il semble que ces composs soient les mme quen volume. La squence de formation des composs

suit un droulement similaire au systme inverse [Ni sur substrat Si] : le film dpos senrichit en atomes du

substrat, ce qui mne la formation squentielle des composs Ni-Si dans le sens des phases de plus en plus

riches en atomes du substrat. Nos simulations atomistiques Monte Carlo confirment ces rsultats [Portavoce et

al, APL, 2009]

Effet des lments d'addition sur la formation des siliciures de Ni

L'addition et/ou la redistribution d'un lment peut moduler les proprits de phases ou de structures formes

partir de ces phases. Elle peut aussi modifier la formation et/ou la stabilit des phases. Il est donc important

et intressant de comprendre les diffrents phnomnes l'origine de ces modifications. Nos tudes sont

bases sur trois types de systmes d'intrt en nanolectronique: (i) mtal-mtal-silicium, (ii) mtal-germanium-

silicium, (iii) mtal-dopant-silicium.

Croissance simultane des siliciures

Lajout de platine (ou de palladium) permet de stabiliser la phase NiSi [Mangelinck D. et al, Appl. Phys. Lett.,

1999]. Nous avons montr que les lments dalliages (Pt et Pd) entrainent la croissance simultane de NiSi et

Ni2Si et la suppression des phases transitoires basse temprature [Hoummada et al, J Appl Phys 2009]. Ceci

est certainement d au ralentissement de la cintique de formation de Ni2Si par laccumulation du platine

aux interfaces Ni(Pt)/Ni2Si et Ni2Si/NiSi [Cojocaru et al, Scripta Materialia, 2007]. Ces accumulations agissent

ainsi comme des barrires de diffusion pour le nickel et aussi sur les mobilits des interfaces. Paralllement,

nous avons pris le soin de dterminer la solubilit du platine dans la phase Ni2Si [Hoummada et al, J. Appl.

Phys., 2008].

Un effet similaire a t observ pour le Ni pur en prsence de B : la SAT montre la prsence des phases Ni2Si,

NiSi et NiSi2 [Cojocaru et al, JAP, accept]. La prsence de la phase NiSi2 une aussi basse temprature est

certainement due loxyde de silicium (SiO2) situ linterface Ni/Ni2Si qui agit comme une barrire de

diffusion pour le Ni, diminuant ainsi la vitesse de diffusion du Ni.

Optimisation du pourcentage du Pt dans NiSi pour le procd salicide

La nature, la squence et la cintique des phases formes dans le systme Ni1-xPtx/Si(100) (0% x 30%) ont t

tudies par des techniques in et ex-situ (diffraction des rayons X, rflectivit des rayons X (RRX), rsistivit 4

pointes). Deux rsultats marquants ont t obtenus :

- optimisation du pourcentage de Pt ajouter au film de Ni pour former et stabiliser NiS

rapport d'activité im2np 2006

Documents