Epitaxie par jets moléculaires pilotée en temps réel pour le développement d'une plateforme photonique intégrée tout oxydes // real-time controlled molecular beam epitaxy for the development of an integrated oxide photonic platform

Topic description

Cette thèse vise à développer une plateforme photonique tout oxydes intégrée sur silicium, basée sur la croissance contrôlée de couches minces par épitaxie par jets moléculaires (MBE). Elle s'appuie sur un pilotage en temps réel de la croissance, grâce à des outils de caractérisation in situ avancés (RHEED, ellipsométrie, mesure de courbure, flux). L'objectif scientifique est de combiner des oxydes ferroélectriques comme le BaTiO₃, pour la reconfigurabilité optique et des oxydes dopés aux ions Er³⁺, pour l'émission, l'amplification et les sources de photons uniques. Il s'agira d'optimiser l'incorporation et les propriétés optiques de l'Er³⁺ dans différentes matrices ABO₃, ainsi que les propriétés ferroélectriques du BaTiO₃. Ces matériaux seront intégrés en hétérostructures épitaxiées sur silicium via des templates SrTiO₃. Les développements matériaux reposeront sur des avancées instrumentales en rupture avec l'état de l'art, par une analyse couplée et corrélée des mesures effectuées grâce aux outils de caractérisation in situ. Les structures les plus performantes seront utilisées pour fabriquer des amplificateurs optiques et des sources à un photon accordables, en collaboration avec plusieurs partenaires académiques.
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This thesis aims to develop an all-oxide photonic platform integrated on silicon, based on the controlled growth of thin films via molecular beam epitaxy (MBE). It relies on real-time monitoring of the growth process using advanced in situ characterization tools (RHEED, ellipsometry, curvature measurement, flux control). The scientific objective is to combine ferroelectric oxides such as BaTiO₃ for optical reconfigurability, and Er³⁺-doped oxides for emission, amplification, and single-photon sources. The focus will be on optimizing the incorporation and optical properties of Er³⁺ in various ABO₃ matrices, as well as the ferroelectric properties of BaTiO₃. These materials will be integrated into epitaxial heterostructures on silicon using SrTiO₃ templates. Material developments will build on instrumental advancements that break with the state of the art, through coupled and correlated analysis of measurements obtained via in situ characterization tools. The most promising structures will be used to fabricate optical amplifiers and tunable single-photon sources, in collaboration with several academic partners.
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Début de la thèse : 01/10/
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Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

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