Croissance et caractérisation de l’AlScN : un nouveau matériau prometteur pour les dispositifs piézoélectriques et ferroélectriques // Growth and Characterization of AlScN: A New Promising Material for Piezoelectric and Ferroelectric Devices

Les semi-conducteurs III-nitrures — GaN, AlN et InN — ont révolutionné le marché de l’éclairage et pénètrent rapidement le secteur de l’électronique de puissance. Actuellement, de nouveaux composés nitrures sont explorés dans la recherche de nouvelles fonctionnalités. Dans ce contexte, le nitrure d’aluminium et de scandium (AlScN) s’est imposé comme un nouveau membre particulièrement prometteur de la famille des nitrures. L’incorporation de scandium dans l’AlN conduit à :

* Des constantes piézoélectriques accrues : ce qui rend l’AlScN très attractif pour la fabrication de générateurs piézoélectriques et de filtres SAW/BAW à haute fréquence.
* Une polarisation spontanée augmentée : cette polarisation renforcée peut être exploitée dans la conception de transistors à haute mobilité électronique (HEMTs) présentant une densité de charge très élevée dans le canal.
* La ferroélectricité : la découverte récente (2019) de propriétés ferroélectriques ouvre la voie au développement de nouvelles mémoires non volatiles.

Au cours des cinq dernières années, l’AlScN est devenu un sujet majeur de recherche, présentant de nombreuses questions ouvertes et de passionnantes perspectives à explorer.

Cette thèse de doctorat portera sur l’étude de la croissance et des propriétés de l’AlScN et du GaScN synthétisés par épitaxie par jets moléculaires (MBE). Le doctorant sera formé à l’utilisation d’un système MBE pour la synthèse des semi-conducteurs III-nitrures ainsi qu’à la caractérisation structurale des matériaux par microscopie à force atomique (AFM) et diffraction des rayons X (XRD). La variation des propriétés de polarisation du matériau sera étudiée par l’analyse de la photoluminescence de structures à puits quantiques. Enfin, le doctorant sera formé à l’utilisation de logiciels de simulation pour modéliser la structure électronique des échantillons, afin de faciliter l’interprétation des résultats optiques.
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III-nitride semiconductors — GaN, AlN, and InN — have revolutionized the lighting market and are rapidly entering the power electronics sector. Currently, new nitride compounds are being explored in the search for novel functionalities. In this context, aluminum scandium nitride (AlScN) has emerged as a particularly promising new member of the nitride family. Incorporating scandium into AlN leads to:

* Enhanced Piezoelectric Constants: Making AlScN highly attractive for the fabrication of piezoelectric generators and high-frequency SAW/BAW filters.
* Increased Spontaneous Polarization: The enhanced polarization can be exploited in designing high-electron-mobility transistors (HEMTs) with very high channel charge densities.
* Ferroelectricity: The recently discovered (2019) emergence of ferroelectric properties opens up possibilities for developing new non-volatile memory devices.

Over the past five years, AlScN has become a major focus of research, presenting numerous open questions and exciting opportunities to explore.

This PhD thesis will focus on the study of the growth and properties of AlScN and GaScN synthesized by molecular beam epitaxy (MBE). The student will receive training in the use of an MBE system for the synthesis of III-nitride semiconductors and in the structural characterization of materials using atomic force microscopy (AFM) and X-ray diffraction (XRD). The variation of the polarization properties of the materials will be investigated by analyzing the photoluminescence of quantum well structures. Finally, the student will be trained in the use of simulation software to model the electronic structure of the samples, aiding in the interpretation of the optical results.
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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble
Service : DEPHY
Date de début souhaitée : 01-10-2026
Ecole doctorale : Ecole Doctorale de Physique de Grenoble (EdPHYS)
Directeur de thèse : MONROY Eva
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRIG//PHELIQS
URL : https://www.pheliqs.fr/en/Pages/Eva-Monroy.aspx
URL : https://www.pheliqs.fr/en/Pages/Presentation.aspx

Financement public/privé

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble
Service : DEPHY

Master's degree in Physics or Engineering