Dépôt assisté par plasma micro-onde de films diamants dopés au bore PDF Download
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Author: Marius Rayar
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ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 251
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Book Description
Ce travail concerne l'étude du procédé de dépôt de films de diamant dopé au bore par plasma micro-onde H2/CH4(1%)!B2H6 (B/C = 0-20000 ppm). En première partie, les espèces B et BH ont été étudiées par spectroscopie optique d'émission en phase gazeuse en fonction du paramètre B/C. La température de gaz, paramètre clé du procédé, a pu ainsi ètre détèrminée, pour différents couples puissance-pression, à partir de la structure rotationnelle de BH (transition A-X). L'absence d'influence du diborane sur les paramètres énergétiques du plasma a autorisé 'la mesure des densités relatives de B et BH à partir des variations de leurs intensités d'émission. Un premier modèle cinétique a été proposé sur la base des variations de ces densités et a permis de mettre en évidence les réactions BHx+H=BHx-l +H2 (x=0-3) et BHx+C2H2 (x=O, 1). En seconde partie, les films monocristallins et polycristallins de diamant obtenus sont étudiés. Si la spectroscopie Raman sur les films monocristallins n'a pu démontrer clairement l'incorporation de bore, la RPE (Résonance Paramagnétique Electronique) pulsée a permis d'observer sa signature. L'étude de l'effet Fano sur les films polycristallins, dû à l'incorporation du bore dans le diamant et observé nettement par spectroscopie Raman, a été réalisée par modélisation. Les mesures par NDP (Neutron Depth Profile) ont permis d'analyser les variations des densités de bore dans le matériau. Les variations des concentrations de bore dans la phase gazeuse, linéaires par rapport à B/C, diffèrent de celles observées (effet de seuil) dans le solide, démontrant ainsi une discrimination des orientations cristallines durant l'incorporation
Author: Marius Rayar
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Pages : 251
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Book Description
Ce travail concerne l'étude du procédé de dépôt de films de diamant dopé au bore par plasma micro-onde H2/CH4(1%)!B2H6 (B/C = 0-20000 ppm). En première partie, les espèces B et BH ont été étudiées par spectroscopie optique d'émission en phase gazeuse en fonction du paramètre B/C. La température de gaz, paramètre clé du procédé, a pu ainsi ètre détèrminée, pour différents couples puissance-pression, à partir de la structure rotationnelle de BH (transition A-X). L'absence d'influence du diborane sur les paramètres énergétiques du plasma a autorisé 'la mesure des densités relatives de B et BH à partir des variations de leurs intensités d'émission. Un premier modèle cinétique a été proposé sur la base des variations de ces densités et a permis de mettre en évidence les réactions BHx+H=BHx-l +H2 (x=0-3) et BHx+C2H2 (x=O, 1). En seconde partie, les films monocristallins et polycristallins de diamant obtenus sont étudiés. Si la spectroscopie Raman sur les films monocristallins n'a pu démontrer clairement l'incorporation de bore, la RPE (Résonance Paramagnétique Electronique) pulsée a permis d'observer sa signature. L'étude de l'effet Fano sur les films polycristallins, dû à l'incorporation du bore dans le diamant et observé nettement par spectroscopie Raman, a été réalisée par modélisation. Les mesures par NDP (Neutron Depth Profile) ont permis d'analyser les variations des densités de bore dans le matériau. Les variations des concentrations de bore dans la phase gazeuse, linéaires par rapport à B/C, diffèrent de celles observées (effet de seuil) dans le solide, démontrant ainsi une discrimination des orientations cristallines durant l'incorporation
Author: Cyrille Barbay
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Languages : fr
Pages : 0
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L'objectif de cette thèse porte sur la synthèse du diamant monocristallin dopé au bore par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma micro-onde (MPCVD). Ces couches épitaxiées jouent le rôle de couches actives dans des composants pour l'électronique de puissance. Ces travaux s'inscrivent dans le cadre du projet Européen H2020 Greendiamond. Durant cette thèse, un traitement de gravure des défauts surfaciques des substrats de diamant HPHT par plasma Ar/O2 a été mis au point. L'efficacité de ce traitement a été validée par diffraction des rayons X à haute résolution, spectroscopie Raman et cathodoluminescence. Cette étape s'est révélée essentielle pour l'amélioration des propriétés de transport de couches de diamant dopées au bore pour les applications en électronique.L'optimisation des conditions de croissance de couches de diamant faiblement dopées au bore (
Author: Rania Salem
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Languages : fr
Pages : 294
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Cette thèse porte sur la modélisation des plasmas micro-ondes en mélanges H2/CH4 et H2/CH4/B2H6, utilisés pour le dépôt de diamant intrinsèque et de diamant dopé au bore. L'objectif est d'établir des modèles de cinétique chimique afin de décrire la phase gazeuse et d'appréhender les limitations des modèles physiques nécessaires à l'étude des plasmas H2/CH4 et H2/CH4/B2H6 fonctionnant à haute densité de puissance (haute pression / haute puissance). L'étude repose sur une approche numérique à travers plusieurs modèles physique (1D et 2D) et chimiques qui permet la description physico-chimique de la phase plasma en fonction de nombreux paramètres expérimentaux (pression, puissance, composition du gaz). Une comparaison des résultats numériques a été effectuée systématiquement avec des mesures de densités intégrées radialement réalisées par TDLAS et OES pour les espèces CH4, CH3, C2H2, C2H4, C2H6, B2H6 et B. Cette comparaison a pour objectif la validation des modèles physiques et des schémas cinétiques. Des écarts significatifs entre le modèle et l'expérience ont révélé une limitation intrinsèque à l'utilisation d'une approche ID radiale pour décrire les propriétés du plasma pour les conditions de haute densité de puissance. L'utilisation d'un modèle 2D fluide conçu à partir du logiciel ANSYS Fluent propose une meilleure description des phénomènes de transport mais ne permet pas de prendre en compte les processus électroniques. L'analyse de la composition chimique des plasmas micro-onde H2/CH4, H2/B2/H6 et H2/CH4/ B2H6 a montré une limitation des schémas cinétiques décrivant ces mélanges par une large gamme de conditions opératoires. En particulier les mécanismes C/B de ces modèles ne reproduisent pas la forte influence observée expérimentalement de l'addition de méthane sur le bore atomique. Enfin une étude numérique sur la distribution spatiale des espèces borées à poximité de la surface est confrontée à des résultats expérimentaux sur le dopage de diamant en fonction de différents paramètres du procédé.
Author: Mathieu Bernard
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Languages : fr
Pages : 169
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En vue de la réalisation d'électrodes pour la réduction électrochimique des nitrates, nous avons procédé à la croissance et la caractérisation de couches minces mono et polycristallines de diamant dopé bore. Ces couches minces de dopage variable ont été élaborées par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma micro-ondes. Les couches minces polycristallines élaborées ont été étudiées par spectroscopie Raman, et microscopie électronique a balayage. Leur caractéristique électrique a été établie, elles ont été testées comme électrodes, et leurs voltampérogrammes ont pu être réalisés pour différents électrolytes. Les couches minces monocristallines ont été étudiées par spectroscopie Raman et par mesures SIMS. Les interactions entre l'hydrogène et le bore dans le matériau ont été étudiées. Un procédé de gravure du diamant par plasma oxygène ECR a été mis au point afin de structurer la surface du matériau.
Author: Jessica Bousquet
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Ce manuscrit de thèse présente une étude expérimentale des propriétés optiques, électroniques et structurales du diamant fortement dopé au bore. Ce semi-conducteur à large bande interdite peut être synthétisé par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma micro-onde (MPCVD). Il est intrinsèquement isolant mais devient métallique, voire supraconducteur conventionnel par dopage de type p. Ce travail s'articule autour de trois grands axes :Le premier concerne le développement de l'ellipsométrie spectroscopique pour la caractérisation de couches de diamant monocristallin. Dans un premier temps, des modèles optiques ont été développés afin de déduire les épaisseurs, résistivités et concentrations de porteurs de plusieurs séries d'échantillons mesurés ex situ. Ces valeurs ont été confrontées à celles obtenues par le biais de mesures SIMS (Spectroscopie par Emission d'ion Secondaires) et de transport électronique. Une masse effective optique des porteurs a pu ainsi être évaluée. Dans un second temps, cette technique a été mise en oeuvre in situ sur le réacteur. L'influence de la température et de la géométrie de la chambre de réaction a été évaluée et des suivis de croissance en temps réel sont présentés.Le second axe porte sur la synthèse des échantillons et l'optimisation des paramètres de croissance. Dans cette partie, nous révélons la présence d'un transitoire dans l'incorporation du bore conduisant à une inhomogénéité de dopage des échantillons. Une augmentation de l'incorporation du bore avec le débit a également été observée pour la première fois. Enfin, la détérioration de la qualité cristalline du diamant, au delà d'une concentration critique d'atomes de bore, est identifiée et discutée.Le troisième et dernier axe de ces travaux de recherche, est dédié à l'investigation des propriétés électroniques du diamant fortement dopé par magnéto-transport de 300K à 50 mK. Dans un premier temps, l'importance de la mésa-structuration de croix de Hall lors des mesures de transport est mise en évidence. L'utilisation d'une géométrie « maîtrisée », permet en effet de limiter les courants parasites dus à l'inhomogénéité de dopage des couches. Nous avons ainsi pu construire un diagramme de phase différent de celui qui avait été rapporté dans la littérature. Une phase métallique et non supraconductrice a été mise en évidence pour la première fois. Une étude de la transition métal-isolant est présentée, et les exposants critiques issus de sa modélisation sont discutés. L'étude de l'état supraconducteur enfin, nous a permis d'aboutir à une nouvelle dépendance de la température de transition (Tc) avec le dopage. Cette dernière est comparée aux calculs ab initio de la littérature. Aucune réduction de la Tc avec l'épaisseur n'a en revanche été observée dans la gamme des couches synthétisées à savoir de 10 nm à 2 μm.
Author: PATRICE.. GONON
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EN VUE DE LA REALISATION DE DISPOSITIFS ELECTRONIQUES A BASE DE DIAMANT, NOUS AVONS ETUDIE LE DOPAGE AU BORE DES FILMS POLYCRISTALLINS DE DIAMANT ELABORES PAR DEPOT CHIMIQUE EN PHASE VAPEUR. LES FILMS DOPES AU BORE SONT CARACTERISES A L'AIDE DE MESURES DE DIFFRACTION X, D'ABSORPTION DANS L'INFRAROUGE, DE DIFFUSION RAMAN, DE CATHODOLUMINESCENCE, ET DE RESONANCE PARAMAGNETIQUE ELECTRONIQUE. LES PROPRIETES ELECTRIQUES DES FILMS SONT ETUDIEES A L'AIDE DE MESURES DU COURANT EN FONCTION DE LA TENSION ET DE LA TEMPERATURE, DE LA CAPACITE EN FONCTION DE LA TENSION ET DE LA FREQUENCE, ET A L'AIDE DE MESURES DE PHOTOCONDUCTIVITE.
Author: Patrice Gonon
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Languages : fr
Pages : 127
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EN VUE DE LA REALISATION DE DISPOSITIFS ELECTRONIQUES A BASE DE DIAMANT, NOUS AVONS ETUDIE LE DOPAGE AU BORE DES FILMS POLYCRISTALLINS DE DIAMANT ELABORES PAR DEPOT CHIMIQUE EN PHASE VAPEUR. LES FILMS DOPES AU BORE SONT CARACTERISES A L'AIDE DE MESURES DE DIFFRACTION X, D'ABSORPTION DANS L'INFRAROUGE, DE DIFFUSION RAMAN, DE CATHODOLUMINESCENCE, ET DE RESONANCE PARAMAGNETIQUE ELECTRONIQUE. LES PROPRIETES ELECTRIQUES DES FILMS SONT ETUDIEES A L'AIDE DE MESURES DU COURANT EN FONCTION DE LA TENSION ET DE LA TEMPERATURE, DE LA CAPACITE EN FONCTION DE LA TENSION ET DE LA FREQUENCE, ET A L'AIDE DE MESURES DE PHOTOCONDUCTIVITE
Author: Jean-Pierre Lagrange
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Languages : fr
Pages : 212
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LE DIAMANT EST UN SEMI-CONDUCTEUR A LARGE BANDE INTERDITE (5.4 EV) TRES PROMETTEUR EN ELECTRONIQUE A HAUTE TEMPERATURE ET DE FORTE PUISSANCE. CEPENDANT, SON UTILISATION EST LIMITEE PAR L'ABSENCE D'UN DOPAGE DE TYPE N. NOUS AVONS ETUDIE DANS CETTE THESE LE DOPAGE AU BORE DU DIAMANT (TYPE P), ET L'INCORPORATION DE PHOSPHORE ET D'AZOTE DANS LE DIAMANT PAR IMPLANTATION IONIQUE. NOUS AVONS ELABORE DES COUCHES MINCES DE DIAMANT PAR DEPOT CHIMIQUE EN PHASE VAPEUR ASSISTE PAR PLASMA MICRO-ONDE. NOUS AVONS UTILISE DANS NOTRE ETUDE DIVERSES TECHNIQUES DE CARACTERISATION : SPECTROSCOPIE DE DIFFUSION RAMAN, RESONANCE PARAMAGNETIQUE ELECTRONIQUE, RESISTIVITE EN FONCTION DE LA TEMPERATURE (DE 100K A 1000K), EFFET HALL, COURANTS THERMO-STIMULES, THERMOLUMINESCENCE. LES RESULTATS OBTENUS MONTRENT QUE LE DOPAGE AU BORE EST AUJOURD'HUI BIEN MAITRISE. DES MESURES ELECTRIQUES SUR UNE LARGE GAMME DE CONCENTRATION (DE 5 10#1#6 A 8 10#2#0 B.CM#-#3) MONTRENT TROIS REGIMES DE CONDUCTION DIFFERENTS : CONDUCTION PAR SAUT PAR PLUS PROCHE VOISIN, CONDUCTION PAR LA BANDE DE VALENCE, CONDUCTION METALLIQUE. NOUS AVONS MONTRE POUR LA PREMIERE FOIS UNE SATURATION DE LA CONDUCTIVITE ET UNE ENERGIE D'ACTIVATION A HAUTE TEMPERATURE E#A/2 TYPIQUE D'UN TAUX DE DEFAUTS COMPENSATEURS INFERIEUR A 10%. NOUS AVONS MONTRE QUE L'IMPLANTATION EST LA METHODE LA PLUS EFFICACE POUR INCORPORER DE L'AZOTE EN SITE SUBSTITUTIONNEL DANS LE DIAMANT. NEANMOINS, L'INCORPORATION D'AZOTE SEMBLE INDUIRE INDIRECTEMENT DES DEFAUTS PARAMAGNETIQUES DANS LE DIAMANT. NOUS AVONS AUSSI MONTRE QUE L'INCORPORATION DE PHOSPHORE EN SITE SUBSTITUTIONNEL EST POSSIBLE. NOUS AVONS DEFINI UN SEUIL D'AMORPHISATION COMPRIS ENTRE 3 ET 4 10#1#4 P.CM#-#2. TOUTEFOIS, UN NOUVEAU DEFAUT PARAMAGNETIQUE QUI SEMBLE ETRE INDUIT PAR LE PHOSPHORE APPARAIT APRES RECUIT. LA CONDUCTION EST ENCORE DOMINEE PAR LES DEFAUTS CREES PAR L'IMPLANTATION IONIQUE. CES RESULTATS SONT TRES PROMETTEURS POUR DES APPLICATIONS FUTURES EN MICROELECTRONIQUE.
Author: Delphine Moneger
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Languages : fr
Pages : 239
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Book Description
L’étude d’un procédé de dépôt de films de diamant nanocristallin (DNC) assisté par plasma micro-onde pulsé en mélange Ar/H2/CH4, est réalisée. Un modèle numérique 1D, développé précédemment au LIMHP, est validé expérimentalement par des mesures de spectroscopie d’absorption effectuées sur le système de Swan du radical C2. L’analyse du plasma reposant sur les bilans réactionnels, les profils spatiaux et temporels des grandeurs de la décharge montre que la chimie est principalement gouvernée par la thermique. Le plasma est caractérisé par une température de gaz très élevée et une forte teneur en hydrogène atomique. A l’interface plasma/surface sont générées les espèces potentiellement précurseurs du dépôt de DNC : les radicaux C2, CH3, CH2, CH et l’atome de carbone. Bien que les espèces clefs de croissance ne soient pas formellement identifiées, une analyse critique des résultats de la littérature concernant les phénomènes de germination secondaire se déroulant lors du dépôt de DNC est obtenue. Elle conduit à remettre en question les conclusions de May et al. excluant le radical C2 comme espèce de croissance. L’optimisation des propriétés morphologique, topographique et électrique des films de DNC, en vue de la conception de filtres à ondes acoustiques de surface (SAW) fonctionnant à fréquence élevée, est obtenue par la modulation de la puissance injectée et l’ajustement des paramètres de dépôt. Associés à la lithographie électronique, la faible rugosité de surface, la faible taille de grains et le caractère résistif des films de DNC, élaborés à basse fréquence, permettent la réalisation de dispositifs SAW en structure multicouches IDTs/AlN/DNC fonctionnant jusqu’à 4 GHz.
Author: Pierre Bou
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Languages : fr
Pages : 144
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