CONTRIBUTION A L'ETUDE DE LA CROISSANCE DE MONOCRISTAUX DE CARBURE DE SILICIUM PAR LA METHODE DE LELY MODIFIEE PDF Download
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L'ETUDE DE LA CROISSANCE DE MONOCRISTAUX DE CARBURE DE SILICIUM DE STRUCTURE CRISTALLOGRAPHIQUE HEXAGONALE 6H PAR LA METHODE DE LELY MODIFIEE FAIT L'OBJET DE CE MEMOIRE. L'OBTENTION DE MONOCRISTAUX DE CARBURE DE SILICIUM DE BONNE QUALITE EST UN FACTEUR LIMITANT POUR LE DEVELOPPEMENT DE CE MATERIAU AINSI QUE DES MATERIAUX TELS QUE GAN OU ALN, DANS LE SECTEUR DE LA MICROELECTRONIQUE. APRES UNE DESCRIPTION DES VARIETES CRISTALLINES DU SIC, LE REACTEUR EXPERIMENTAL MIS EN PLACE EST PRESENTE. LES ETAPES D'ELABORATION DES MONOCRISTAUX AINSI QUE LES SEQUENCES DE CROISSANCE DEVELOPPEES SONT DETAILLEES. LES CRISTAUX OBTENUS SONT ETUDIES EN FONCTION DE LEURS CONDITIONS DE CROISSANCE AFIN DE DEGAGER LES PARAMETRES IMPORTANTS DU SYSTEME. UNE FOIS CES PARAMETRES IDENTIFIES, LEURS INFLUENCES SUR LA QUALITE DU CRISTAL, SA NATURE ET SUR LA VITESSE DE DEPOT SONT ANALYSEES. LES TECHNIQUES MISES EN UVRE POUR CARACTERISER LES ECHANTILLONS OBTENUS SONT PAR AILLEURS DECRITES. OUTRE CE TRAVAIL EXPERIMENTAL, NOUS AVONS TENTE DE SIMULER LES DIFFERENTS PHENOMENES PHYSIQUES INTERVENANT LORS DE LA CROISSANCE DE MONOCRISTAUX DE CARBURE DE SILICIUM DANS NOTRE REACTEUR AFIN D'AMELIORER LA COMPREHENSION DU SYSTEME. POUR CELA, NOUS AVONS D'UNE PART CALCULE LES EQUILIBRES THERMODYNAMIQUES, D'AUTRE PART ETUDIE LES TRANSFERTS THERMIQUES ET LE TRANSPORT DE MASSE DANS LE CREUSET. CE TRAVAIL DE SIMULATION, DEJA UTILISE DANS LES PROCEDES DE DEPOT CHIMIQUE EN PHASE GAZEUSE, EST APPLIQUE POUR LA PREMIERE FOIS AU TRANSPORT PHYSIQUE EN PHASE GAZEUSE
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L'ETUDE DE LA CROISSANCE DE MONOCRISTAUX DE CARBURE DE SILICIUM DE STRUCTURE CRISTALLOGRAPHIQUE HEXAGONALE 6H PAR LA METHODE DE LELY MODIFIEE FAIT L'OBJET DE CE MEMOIRE. L'OBTENTION DE MONOCRISTAUX DE CARBURE DE SILICIUM DE BONNE QUALITE EST UN FACTEUR LIMITANT POUR LE DEVELOPPEMENT DE CE MATERIAU AINSI QUE DES MATERIAUX TELS QUE GAN OU ALN, DANS LE SECTEUR DE LA MICROELECTRONIQUE. APRES UNE DESCRIPTION DES VARIETES CRISTALLINES DU SIC, LE REACTEUR EXPERIMENTAL MIS EN PLACE EST PRESENTE. LES ETAPES D'ELABORATION DES MONOCRISTAUX AINSI QUE LES SEQUENCES DE CROISSANCE DEVELOPPEES SONT DETAILLEES. LES CRISTAUX OBTENUS SONT ETUDIES EN FONCTION DE LEURS CONDITIONS DE CROISSANCE AFIN DE DEGAGER LES PARAMETRES IMPORTANTS DU SYSTEME. UNE FOIS CES PARAMETRES IDENTIFIES, LEURS INFLUENCES SUR LA QUALITE DU CRISTAL, SA NATURE ET SUR LA VITESSE DE DEPOT SONT ANALYSEES. LES TECHNIQUES MISES EN UVRE POUR CARACTERISER LES ECHANTILLONS OBTENUS SONT PAR AILLEURS DECRITES. OUTRE CE TRAVAIL EXPERIMENTAL, NOUS AVONS TENTE DE SIMULER LES DIFFERENTS PHENOMENES PHYSIQUES INTERVENANT LORS DE LA CROISSANCE DE MONOCRISTAUX DE CARBURE DE SILICIUM DANS NOTRE REACTEUR AFIN D'AMELIORER LA COMPREHENSION DU SYSTEME. POUR CELA, NOUS AVONS D'UNE PART CALCULE LES EQUILIBRES THERMODYNAMIQUES, D'AUTRE PART ETUDIE LES TRANSFERTS THERMIQUES ET LE TRANSPORT DE MASSE DANS LE CREUSET. CE TRAVAIL DE SIMULATION, DEJA UTILISE DANS LES PROCEDES DE DEPOT CHIMIQUE EN PHASE GAZEUSE, EST APPLIQUE POUR LA PREMIERE FOIS AU TRANSPORT PHYSIQUE EN PHASE GAZEUSE
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LE CARBURE DE SILICIUM EST UN SEMI-CONDUCTEUR D'AVENIR POUR DES APPLICATIONS EN MICRO-ELECTRONIQUE. DANS CETTE OPTIQUE, L'ELABORATION DE MONOCRISTAUX DE QUALITE EST CRUCIALE. ELLE EST REALISEE ESSENTIELLEMENT A PARTIR D'UNE PHASE GAZEUSE, SOIT PAR LA METHODE DE LELY MODIFIEE POUR LE MATERIAU MASSIF, SOIT PAR DEPOT CHIMIQUE EN PHASE VAPEUR POUR LA CROISSANCE HOMOEPITAXIALE DE COUCHES MINCES. DANS CE TRAVAIL CONSACRE A LA MODELISATION DE LA CROISSANCE, NOUS AVONS D'ABORD ETUDIE LA REACTIVITE DU MELANGE GAZEUX SILANE/PROPANE UTILISE EN CVD, PAR DES CALCULS AB INITIO DE TYPE HARTREE-FOCK. DES CHEMINS REACTIONNELS ONT ETE PROPOSES POUR LA FORMATION D'ESPECES ORGANOSILICIEES. NOUS AVONS DETERMINE LES DIAGRAMMES D'ENERGIE POTENTIELLE RELATIFS AUX REACTIONS DU SILYLENE AVEC LE METHANE, L'ETHYLENE ET L'ACETYLENE. PAR DES CALCULS RRKM DE CONSTANTES CINETIQUES, NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE LE ROLE JOUE PAR LE METHYLSILYLENE LORS DU DEPOT. NOUS AVONS ENSUITE ETUDIE LES PROPRIETES DU SUBSTRAT, PAR DES CALCULS BASES SUR LA THEORIE DE LA FONCTIONNELLE DE LA DENSITE. L'OBJECTIF ETAIT DE MIEUX COMPRENDRE L'ORIGINE DE LA FORMATION DES DIFFERENTES PHASES DU SIC, NOTAMMENT LES POLYTYPES 3C, 4H, 6H ET 2H. L'ETUDE EN VOLUME A MONTRE, EN ASSOCIATION AVEC LE MODELE ANNNI, QUE LA THERMODYNAMIQUE PERMET D'EXPLIQUER LA FORMATION PREFERENTIELLE DE CERTAINES PHASES, MAIS NE PERMET PAS DE JUSTIFIER LA FORMATION DU POLYTYPE 3C QUI EST DUE AUX CONDITIONS PARTICULIERES DE CROISSANCE. LES PROPRIETES DE LA SURFACE (0001) DU POLYTYPE 4H ONT ALORS ETE EXAMINEES, METTANT EN EVIDENCE L'INFLUENCE DE LA POLARITE SUR LA CROISSANCE, NOTAMMENT SUR L'ORIENTATION ADOPTEE PAR LA BICOUCHE DE SURFACE. ENFIN, POUR SE RAPPROCHER DES CONDITIONS EXPERIMENTALES, NOUS NOUS SOMMES INTERESSES AUX SURFACES DESORIENTEES SUIVANT LA DIRECTION 1100. EN PARTICULIER, L'INFLUENCE DE L'ANGLE DE DESORIENTATION SUR LA STRUCTURE DES MARCHES A ETE ETUDIEE.
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Ces travaux portent sur la croissance de mono cristaux massifs de 3C-SiC sur des germes hexagonaux de SiC. Cette étude a permis la mise au point d'un procédé de croissance en solution à basse température sans creuset utilisant une zone fondue de solvant (silicium). L'analyse des vitesses de croissance mesurées a permis de montrer que le transport de soluté à travers la zone de solvant jusqu'à l'interface de croissance est assuré par un régime convectif. L'épaisseur des couches réalisées est limitée par la formation des inclusions de silicium. Celles-ci sont la conséquence de l'apparition, sous l'effet du transport convectif, d'une surfusion constitutionnelle du liquide qui est Il à l'origine de la déstabilisation morphologique du front de croissance. Des caractérisations optiques et structurales ont permis l'étude de l'évolution de la qualité des couches obtenues en fonction des paramètres expérimentaux optimisés.
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LE CARBURE DE SILICIUM (SIC) PRESENTE DES CARACTERISTIQUES PHYSIQUES INTERESSANTES POUR LA REALISATION DE DISPOSITIFS ELECTRONIQUES FONCTIONNANT DANS DES CONDITIONS EXTREMES DE PUISSANCE, DE TEMPERATURE ET DE FREQUENCE. L'ETUDE DE LA CRISTALLOGENESE PAR SUBLIMATION DU CARBURE DE SILICIUM DE STRUCTURE CRISTALLOGRAPHIE HEXAGONALE FAIT DONC L'OBJET DE CE MEMOIRE. DANS UN PREMIER CHAPITRE, LES PRINCIPALES CARACTERISTIQUES DU SIC SONT PRESENTEES. UNE DESCRIPTION DES TECHNIQUES D'ELABORATION DU SIC ET UN ETAT DE L'ART DES SUBSTRATS OBTENUS PRECISE LES OBJECTIFS DE CE TRAVAIL. LE DISPOSITIF EXPERIMENTAL AINSI QUE LES PARAMETRES CRITIQUES DE LA SEQUENCE DE CROISSANCE SONT EXPOSES DANS UN DEUXIEME CHAPITRE. LA CROISSANCE SUR LE GERME EST REALISEE PAR UNE METHODE ORIGINALE BASEE SUR LE CONTROLE DU GRADIENT DE TEMPERATURE ENTRE LA SOURCE ET LE DEPOT. CETTE METHODE DE GERMINATION REMPLACE AVANTAGEUSEMENT CELLE DE TAIROV BASEE SUR LA MAITRISE DE LA PRESSION D'ARGON. LE TROISIEME CHAPITRE DE CE MEMOIRE EST DEDIE A LA MODELISATION MAGNETO-THERMIQUE DU CREUSET D'ELABORATION DE SIC. LA VALIDITE DU MODELE EMPLOYE A ETE ETUDIEE EN COMPARANT SIMULATION ET RESULTATS EXPERIMENTAUX. CET OUTIL A PERMIS D'OPTIMISER LA GEOMETRIE DU CREUSET ET DE MAITRISER LE FRITTAGE ET LA CARBONISATION DE LA POUDRE SOURCE. LES PRINCIPAUX RESULTATS OBTENUS SUR LA CRISTALLOGENESE DU SIC SONT REPORTES AU COURS DU QUATRIEME CHAPITRE. L'INFLUENCE DES DIFFERENTS PARAMETRES EXPERIMENTAUX SUR LES CARACTERISTIQUES DES MONOCRISTAUX DE SIC EST EXPOSEE. UNE ATTENTION PARTICULIERE A PORTE SUR LA CRISTALLOGENESE DU 4H-SIC, CE QUI NOUS A PERMIS DE DETERMINER LE ROLE PREPONDERANT DU GERME SUR LE POLYTYPE DU LINGOT OBTENU. DANS LE DERNIER CHAPITRE, SONT PRESENTES LES PRINCIPAUX DEFAUTS RENCONTRES DANS LE SIC AINSI QUE LEUR MECANISME DE CREATION. UNE ETUDE APPROFONDIE DES MACRODEFAUTS A ETE MENEE, CE QUI A PERMIS LEUR ELIMINATION.
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Le carbure de silicium est un matériau d'avenir pour les applications électroniques à hautes puissances, hautes températures, hautes fréquences. Cette thèse avait pour objectif le développement d'un procédé de croissance de carbure de silicium massif alternatif par rapport aux deux procédés industriels existants, à savoir la croissance à partir de la condensation de vapeurs Si, Si2C, SiC2 résultant de la sublimation d'une poudre de carbure de silicium (technique appelée PVT) et la croissance à partir de réactions de surface avec une atmosphère de gaz réactifs comme par exemple le mélange silane-propane (technique appelée HTCVD). Ce procédé alternatif repose sur la croissance monocristalline de carbure de silicium à partir de la sublimation d'une source polycristalline de carbure de silicium renouvelée par dépôt chimique en phase vapeur à partir de tétraméthylsilane injecté sous flux d'argon. Cette thèse présente tout d'abord les études menées pour démontrer la faisabilité du nouveau procédé. Simulations et expériences ont montré que le procédé est réalisable jusqu'à 2000ʿC. Une étude plus détaillée sur le transfert de carbure de silicium de la zone de renouvellement vers la zone de croissance par sublimation a été également effectuée, démontrant l'importance des phénomènes de sublimation et de condensation de carbure de silicium dans ce transfert. Enfin, les caractérisations effectuées ont montré des résultats prometteurs sur le faible niveau de dopage des monocristaux élaborés par ce nouveau procédé.
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Les exceptionnelles propriétés physiques du SiC en font un matériau semi-conducteur de choix pour les applications électroniques de moyenne et forte puissance. Aujourd'hui, le manque de disponibilité de substrats de grand diamètre et de bonne qualité empêche un décollage rapide d'une filière SiC en Europe. Les monocristaux de SiC sont réalisés par transport physique en phase vapeur. Ils contiennent différents défauts souvent sources de disfonctionnements importants au niveau des composants. L'objectif de cette étude est de réduire leur densité par un meilleur contrôle des conditions de croissance. Nous mettons en place, dans un premier temps, une chaîne de caractérisation afin de corréler les caractéristiques des cristaux aux conditions de croissance. Une étude sur le début de croissance montre ensuite la nécessité de bien contrôler l'état de surface du germe pendant les étapes de montée en température pour favoriser un mode de croissance latéral par avancée de marches permettant l'obtention de cristaux à faible mosaïcité. À cette étude préalable suivent les résultats d'une étude combinant croissance, caractérisation et simulation. L'influence de différents paramètres de croissance, tels que les gradients thermiques à l'intérieur de la cavité, ou encore celle de la pression d'argon sur les caractéristiques des cristaux est étudiée et quantifiée. Cette étude montre que des variations très faibles de température, de l'ordre de 1 % seulement de la température de travail sont suffisantes pour changer complètement les caractéristiques des cristaux. Une évaluation des problèmes de reproductibilité rencontrés, liés à cette extrême sensibilité au champ thermique est également présentée. Enfin, les caractéristiques structurales des cristaux élaborés sont étudiées et les mécanismes de croissance du SiC sont présentés. Des premiers résultats sur l'influence des caractéristiques des substrats sur les performances électriques des diodes concluent cette étude.
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Le carbure de silicium cubique (3C-SiC) est un matériau d'intérêt pour des applications électroniques fonctionnant à puissance et fréquences élevées. En raison de son état métastable, l'élaboration de ce matériau demeure problématique. Ces travaux portent sur la croissance de monocristaux massifs de 3C-SiC à partir de substrats hexagonaux de SiC. Le procédé de croissance choisi est une technique de sublimation alimentée en continu (CF-PVT). Le mécanisme de germination du 3C-SiC a tout d'abord été étudié à haute température 100°C). Cette première étude a permis de cerner les conditions expérimentales requises pour la germination et la sélection d'une orientation cubique. Si la phase hexagonale est totalement éliminée pendant les premiers stades de croissance, il est possible d'élaborer un véritable monocristal massif de 3C-SiC. Les caractérisations structurales multi-échelles ont permis d'dentifier les différents défauts structuraux présents dans des monocristaux de 3C-SiC élaborés par CF-PVT.
Author: Martin Seiss Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Le carbure de silicium est un semiconducteur prometteur pour les applications en électronique de température et de haute puissance. La croissance de SiC a été améliorée continuellement pendant les derniers années mais la connaissance des processus à la surface pendant la croissance est encore faible. Dans cette thèse ces processus sont étudiés par l'analyse de la croissance initiale de cristaux non désorientés. Le processus qui limite la vitesse de croissance est déterminé. L'étude des germes observés occasionnellement permet d'avoir un aperçu des barrières Ehrlich-Schwoebel existantes et, de plus, d'estimer l'ordre de grandeur de la longueur de diffusion à la surface. Pour la première fois les lois de croissance de spirales sont systématiquement analysées sur la face silicium et la face carbone du SiC. L'influence d'un domaine limité et du chevauchement de champs de diffusion sur la forme des spirales et les lois de croissance sont analysées par des simulations. Sur les spirales de la face carbone, une nouvelle structure de marches est observée. La bicouche supérieure se dissocie à certaines conditions définies et reproductibles. Les conditions expérimentales sont clairement identifiées et une analyse de cette nouvelle structure est effectuée.
Author: Alain Robert Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 207
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Cette étude a été entreprise dans le cadre d'un programme d'étude de matériaux composites renforcés, soit par des fibres, soit par des rubans ou des paillettes de CSi obtenu par décomposition, à la pression atmosphérique de CH3 Si Cl3, en présence d'hydrogène et de méthane sur un substrat chauffé par effet Joule. Si la littérature nous a fourni de nombreuses descriptions plus ou moins partielles d'observations expérimentales, seuls quelques auteurs ont tenté d'interpréter les phénomènes de croissance de CSi, à partir de tels mélanges. Les renseignements ainsi reccueillis ne nous permettaient ni de comprendre les mécanismes de croissance, ni de prévoir les conditions nécessaires pour obtenir, soit des rubans renforcés, soit des paillettes par décollement du dépôt. Nous avons, dans une première phase, développé un calcul d'équilibre thermodynamique qui nous a permis de préciser les limites de stabilité des différentes phases solides formées, en fonction de la composition initiale et de la température du système. Cette émthode peut s'appliquer sans difficulté à d'autres systèmes du même type (par exemple : TiCl4 + H2 + CH4). Si les expériences, effectuées par aillers, de croissance des fibres, semblent assez conformes aux prévisions de l'équilibre, tel n'est pas le cas de celles que nous avons effectuées en utilisant comme support un ruban large de molybdène. L'analyse des régimes d'écoulement permet, du moins qualitativement, d'expliquer ces différences.
Author: ISABELLE.. GARCON
Author: ISABELLE.. GARCON
Author: 
Author: CHRISTOPHE.. RAFFY
Author: Jessica Eid
Author: Karim Chourou
Author: Ludovic Charpentier
Author: Cécile Moulin
Author: Laurence Latu-Romain
Author: Martin Seiss
Author: Alain Robert