Doctoral researcher Georges Al Hoyek, working at CEA-Leti in collaboration with the Laboratory for Technologies and Microelectronics (LTM), has won the Best Student Paper award at the international UCPSS (Symposium on Ultra Clean Processing) conference. His research focuses on functionalizing indium phosphide (InP) surfaces to improve their integration into microelectronic devices, offering new insights into the processing and chemical stability of this strategic material.

Originally from Lebanon, Al Hoyek studied fundamental physics there before completing a Master’s in nanoscience and nanotechnology in Rennes. This interdisciplinary background in physics, chemistry, and microelectronics led him to a PhD at CEA-Leti, chosen for its reputation and semi-industrial positioning.

His award-winning paper, “Hydrochloric acid treatment of InP surfaces in N2-controlled atmosphere,” addresses a key challenge: InP is a promising semiconductor alternative to silicon for optical and electronic applications, but its use is hindered by spontaneous surface oxidation and organic contamination. His work aims to develop an effective deoxidation protocol using “wet cleaning,” a critical step for surface preparation before device integration.

For the study, Al Hoyek designed and optimized a specialized experimental setup combining a glove box with a pARXPS (parallel Angular Resolved X-ray Photoelectron Spectroscopy) analysis system, connected via a vacuum transfer system. This allowed him to compare wet chemical treatments performed under two atmospheres—air and nitrogen (N₂)—followed by transfer in air or vacuum, respectively, to assess environmental impact on oxidation.

Using pARXPS, he precisely analyzed the chemical composition of the extreme surface layers. The results showed that wet treatment under nitrogen followed by vacuum transfer effectively removed oxides from the InP surface. In contrast, treatment followed by air transfer led to rapid re-oxidation. He also studied InP surface re-oxidation kinetics, finding that exposure to air for one minute or less after treatment prevents significant re-oxidation.

This research has direct applications for advanced microelectronics, including silicon photonics and Die-to-Wafer integration, which explore alternative substrates to silicon. Al Hoyek notes that the protocols could be adapted for other materials and integrated into future opto-electronic device fabrication. Ultimately, the findings could also support InP wafer bonding or transistor prototyping using alternative materials like InP.

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​​​​​​​​Doctorant au CEA-Leti en collaboration avec le Laboratoire des Technologies et de la Microélectronique (LTM), Georges Al Hoyek s'intéresse à la fonctionnalisation des surfaces de phosphure d'indium (InP) afin d'améliorer leur intégration dans les dispositifs microélectroniques. Récompensés à la conférence internationale UCPSS (Symposium on Ultra Clean Processing), ses travaux apportent de nouvelles perspectives sur le traitement et la stabilité chimique de ces matériaux stratégiques.​

Originaire du Liban, Georges Al Hoyek a commencé ses études en physique fondamentale dans son pays natal avant de poursuivre un master 2 en nanosciences et nanotechnologies à Rennes. Ce parcours académique, à la croisée de la physique, de la chimie et de la microélectronique, l'a naturellement conduit vers une thèse au CEA-Leti.

S'il a choisi le Leti, c'est à la fois pour sa réputation d'excellence en France et en Europe, et pour son positionnement semi-industriel :

Georges a présenté son papier «Hydrochloric acid treatment of InP surfaces in N2-controlled atmosphere» lors d'UCPSS, un événement international majeur dédié aux procédés de fabrication ultra propres, remportant le prix du meilleur papier étudiant. Il garde un souvenir fort de cette expérience :

Le sujet de recherche de Georges porte sur la fonctionnalisation des surfaces d'InP (phosphure d'indium), un semi-conducteur alternatif au silicium, particulièrement prometteur pour ses propriétés optiques et électroniques. Cependant, son utilisation en microélectronique est entravée par un obstacle majeur : la formation spontanée d'une couche d'oxyde et de contaminants organiques à la surface du matériau.

L'objectif de ses travaux est donc de développer un protocole efficace de désoxydation dans le cadre du “wet cleaning", une étape clé pour la préparation des surfaces avant une intégration dans les dispositifs microélectroniques.

Pour mener à bien son étude, Georges a mis au point et optimisé un dispositif expérimental spécifique monté par le LTM (plateforme IMPACT) et combinant une boîte à gants avec un système d'analyse pARXPS 300mm connectés entre eux par un système de transfert sous vide. Ainsi, Il compare les effets d'un traitement en chimie humide réalisé sous deux atmosphères : à l'air et sous azote (N2), suivi d'un transfert à l'air et sous vide respectivement, afin d'évaluer l'impact de l'environnement sur l'oxydation.

Grâce à la technique pARXPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy en résolution angulaire parallèle), il analyse la composition chimique des couches d'extrême surface avec une grande précision. Les observations effectuées post-traitement en chimie humide sous azote suivi d'un transfert sous vide, montrent l'efficacité de ce traitement à éliminer les oxydes de la surface de l'InP, tandis qu'un substrat InP traité et transféré à l'air libre entraîne une réoxydation rapide. Il a également étudié la cinétique de réoxydation de la surface InP, démontrant qu'une exposition à l'air dans un délai égal ou inférieur à une minute d'un substrat InP déjà traité empêche toute réoxydation significative de sa surface.​

Ces travaux ont des applications directes pour la microélectronique avancée, notamment dans le cadre de la photonique sur silicium et des intégrations Die-to-Wafer, qui explorent des substrats alternatifs au silicium.

Georges ajoute que «nos protocoles pourraient être étudiés sur d'autres matériaux et intégrés dans les étapes de fabrication des futurs dispositifs opto-électroniques. »

À terme, les résultats pourraient également servir au collage de plaques InP ou à la fabrication de prototypes de transistors utilisant des matériaux alternatifs comme l'InP.

Remerciements :Bernard Pelissier, Virginie Loup, Victor Lumineau

Pour en savoir plus sur la conférence :https://www.ucpss.org/

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