octobre 2021 – septembre 2025
Projet ANR21-CE09-0020 (ANR)
Sommaire
Contexte
L’intégration monolithique des semi-conducteurs III-V, ayant d’excellentes propriétés structurales et optiques sur silicium, substrat mature à faible coût et technologiquement bien maîtrisé a longtemps été considérée comme un objectif inaccessible pour de nombreux scientifiques des matériaux et des dispositifs. La situation a récemment changée avec les différentes démonstrations de composants III-V / Si efficaces pour la photonique et l’énergie. Parmi les défauts générés lors de la croissance des cristaux III-V sur le substrat Si, les parois d’antiphase (APB), ont toujours été considérées comme des centres de recombinaisons non radiatives, qui limitent les performances des dispositifs (lasers ou cellules PV). Les résultats récents obtenus au sein du consortium du projet PIANIST remettent sérieusement en question ce point de vue. Ces résultats indiquent que les APBs se comportent comme des singularités 2D homovalentes et verticales qui ont de nombreuses propriétés physiques fondamentales intéressantes, qui pourraient être utilisées pour des dispositifs photoniques des applications dans le domaine de l’énergie, ou même de l’électronique.
Objectifs
PIANIST est un projet PRC de recherche fondamentale, visant à explorer les propriétés opto-électroniques et de transport de nanostructures verticales hybrides III-V/Si semi-métal 2D/semi-conducteur et évaluer leur potentiel pour des innovations industrielles dans le domaine de la photonique, et de l’énergie verte.
Les trois objectifs du projet sont :
- O1: Explorer les propriétés optoélectroniques des singularités nanométriques homovalentes dans les semi-conducteurs III-V épitaxiés sur silicium.
- O2: Clarifier l’impact de ces singularités homovalentes et des dislocations sur les propriétés de transport remarquables des couches épitaxiées III-V/Si.
- O3: Proposer de nouveaux composants III-V/Si pour la photonique ou l’énergie, en tirant profit des propriétés physiques de ces nano-matériaux enterrés.
Phases
Le projet PIANIST fait suite au projet ANR ANTIPODE terminé en 2018 visant à clarifier les mécanismes de nucléation des semi-conducteurs III-V sur Si.
Production scientifique
Articles dans une revue
- Divishth Gupta, Sreejith Pallikkara Chandrasekharan, Simon Thebaud, Charles Cornet, Laurent Pedesseau. Stability of monodomain III-V crystals and antiphase boundaries over a Si monoatomic step. Applied Surface Science, 2024, 678, pp.161076. ⟨10.1016/j.apsusc.2024.161076⟩. ⟨hal-04722879⟩
- Lipin Chen, Zewen Chen, Jinshi Zhao, Laurent Pedesseau, C. Cornet. Strain-induced band-to-band Fermi level tuning in II-VI and III-V antiphase boundaries. Physical Review B, 2024, Physical Review, 109 (8), pp.085404. ⟨10.1103/physrevb.109.085404⟩. ⟨hal-04478340⟩
- Audrey Gilbert, M. Ramonda, G. Patriarche, E. Tournié, J.‐b. Rodriguez. Toward thin GaSb Buffer Layers Grown on On‐Axis (001) Silicon by Molecular Beam Epitaxy. Advanced Physics Research, In press, ⟨10.1002/apxr.202400090⟩. ⟨hal-04678079⟩
- A Gilbert, K Graser, M Ramonda, A Trampert, J.-B Rodriguez, et al.. Reduction of the threading dislocation density in GaSb layers grown on Si(001) by molecular beam epitaxy. Advanced Physics Research, In press. ⟨hal-04738224⟩
- Audrey Gilbert, Michel Ramonda, Laurent Cerutti, Charles Cornet, Gilles Patriarche, et al.. Epitaxial Growth of III‐Vs on On‐Axis Si: Breaking the Symmetry for Antiphase Domains Control and Burying. Advanced Optical Materials, 2023, 11 (15), ⟨10.1002/adom.202203050⟩. ⟨hal-04107444⟩
- Lipin Chen, Laurent Pedesseau, Yoan Léger, Nicolas Bertru, Jacky Even, et al.. Antiphase boundaries in III-V semiconductors: Atomic configurations, band structures, and Fermi levels. Physical Review B, 2022, 106 (16), pp.165310. ⟨10.1103/PhysRevB.106.165310⟩. ⟨hal-03966732⟩
- Capucine Tong, Amaury Delamarre, Romaric de Lépinau, Andrea Scaccabarozzi, Fabrice Oehler, et al.. GaAs/GaInP nanowire solar cell on Si with state-of-the-art V oc and quasi-Fermi level splitting. Nanoscale, 2022, 14 (35), pp.12722-12735. ⟨10.1039/D2NR02652J⟩. ⟨hal-03815027⟩
Communications dans un congrès
- C. Cornet. Solar Hydrogen production. PEPR H2 training school, Oct 2024, La Grande Motte, France. ⟨hal-04745150⟩
- Audrey Gilbert, Eric Tournié, Gilles Patriarche, C. Cornet, Michel Ramonda, et al.. The direct epitaxial growth of III-Vs on Silicon substrate. Journées Nano, Micro et Optoélectronique (JNMO 2024), Oct 2024, Sete, France. ⟨hal-04737922⟩
- Audrey Gilbert, Gilles Patriarche, C. Cornet, Eric Tournié, Michel Ramonda, et al.. Revisiting the epitaxy of III-Vs on group-IV substrates. The 23rd International Conference on Molecular Beam Epitaxy (ICMBE 2024), Sep 2024, Matsue, Japan. ⟨hal-04737783⟩
- Charles Cornet, Audrey Gilbert, Sreejith Pallikkara Chandrasekharan, Divishth Gupta, Laurent Cerutti, et al.. Understanding III-V/Si Heteroepitaxy: Experiments and Theory. 8th European conference on crystal growth, Jul 2024, Warsaw, Poland. ⟨hal-04745129⟩
- C. Cornet, Gabriel Loget, Bruno Fabre, Yoan Léger, Nicolas Bertru. Production d’hydrogène solaire par photo-électrolyse. 2ème Journée bretonne Hydrogène R&D – formation, May 2024, Saint-Malo, France. ⟨hal-04745177⟩
- Divishth Gutpa, Sreejith Pallikkara Chandrasekharan, Simon Thébaud, Laurent Pedesseau, Charles Cornet. Stability of monodomain III-V crystals over a Si monoatomic step including the formation of antiphase boundaries. EMRS spring meeting 2024, May 2024, Strasbourg, France. ⟨hal-04745358⟩
- C. Cornet, Sreejith Pallikkara Chandrasekharan, Audrey Gilbert, Divita Gupta, Philippe Vennéguès, et al.. III-V/Si epitaxial growth and antiphase domains: a matter of symmetry. OSEPI : Epitaxie des oxydes et des semiconducteurs, GDR MATEPI, May 2024, Fréjus, France. ⟨hal-04738319⟩
- A Gilbert, J.-B Rodriguez, M Rio Calvo, M Ramonda, L Cerutti, et al.. Distribution initiale de phase et enfouissement des domaines d'antiphase lors de la croissance III-Vs/Si (001). GdR MatÉpi, Jul 2023, Paris, France. ⟨hal-04282848⟩
- Maud Jullien, Tony Rohel, Nicolas Chevalier, Anthony Rambaud, Rozenn Gautheron-Bernard, et al.. EQUIPEX NANOFUTUR : IMPLANTATION D'UN CLUSTER DE CROISSANCE POUR LES MATÉRIAUX ET COMPOSANTS III-V EPITAXIES A L'INSTITUT FOTON. MATEPI 2023, Jul 2023, Paris, France. ⟨hal-04225150⟩
- A Gilbert, J.-B Rodriguez, M Rio Calvo, M Ramonda, L Cerutti, et al.. Influence of the initial phase distribution on antiphase domains control and burying in MBE growth of III-Vs on "on-axis" Si. European Workshop on Molecular Beam Epitaxy (EuroMBE 2023), Apr 2023, Madrid, Spain. ⟨hal-04111876⟩
- Yoan Léger, Hanh Vi Le, Mekan Piriyev, Lipin Chen, Brieg Le Corre, et al.. Transport in photoelectrochemical heterojunctions: Interface-controlled physics. 13th Meeting on NanoScience Advances (MNA 2022), Sep 2022, Porquerolles, France. ⟨hal-03841668⟩
- Audrey Gilbert, Jean-Baptiste Rodriguez, Marta Rio Calvo, Michel Ramonda, Laurent Cerutti, et al.. Molecular beam epitaxy of III-V semiconductors on group-IV (001) substrates: Formation and burying of antiphase domains.. 22nd International Conference on Molecular-Beam Epitaxy (ICMBE 2022), Sep 2022, Sheffield, United Kingdom. ⟨hal-03806222⟩
- Charles Cornet, Lipin Chen, Mekan Piriyev, Gabriel Loget, Bruno Fabre, et al.. Hétéro-épitaxie III-V/Si : contrôle des propriétés des surfaces et interfaces pour la photo-électrochimie. 35èmes Journées Surfaces et Interfaces, Jan 2022, Dijon (virtual), France. ⟨hal-03588378⟩
- Charles Cornet, Lipin Chen, Mekan Piriyev, Jean-Baptiste Rodriguez, Gabriel Loget, et al.. Hybrid ambipolar 2D semimetal/semiconductor III-V/Si heterostructures: Promises for photonics, energy harvesting and electronics. Webinar on Materials science, engineering and technology - VEBLEO, VEBLEO international organization, Dec 2021, virtual, India. ⟨hal-03588366⟩
Poster de conférence
- Milan Silvestre, Jean-Baptiste Rodriguez, Stefano Calcaterra, Giovanni Isella, Eric Tournié. Direct growth of GaSb on Ge, Ge-on-Si and SiGe-on-Si platforms for integrated mid infra-red photonics. The 23rd International Conference on Molecular Beam Epitaxy (ICMBE 2024), Sep 2024, Matsue, Japan. ⟨hal-04737853⟩
- Mekan Piriyev, Lipin Chen, Hanh Le Vi, Gabriel Loget, Sylvain Tricot, et al.. Using in-plane built-in electric fields and electrical shunts of antiphase boundaries for III-V/Si solar harvesting devices. 21st EuroMBE Workshop, Apr 2023, Madrid, Spain. 2023. ⟨hal-04225037⟩
- Jean-Baptiste Rodriguez, Marta Rio Calvo, Audrey Gilbert, Charles Cornet, Laurent Cerutti, et al.. Toward the growth of low defect density GaSb-based layers and devices on Silicon(001) substrates. Compound Semicondcutor Week 2022 (CSW 2022), Jun 2022, Ann Arbor, United States. ⟨hal-03968161⟩
Documents récupérés de l'archive ouverte HAL 
Partenaires
Foton-OHM – IES – C2N – IPR
Coordinateur
Charles CORNET (Foton-OHM)
Financement
ANR (485 k€)
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