Croissance en solution et caractérisation de monocristaux de carbure de silicium cubique PDF Download
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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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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 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.
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Malgré ses propriétés remarquables, le développement de l'électronique basée sur 3C-SiC souffre du manque de substrats massifs. Ce fait résulte de l'absence d'un procédé d'élaboration adapté à ce matériau. Ce travail est dédié à l'étude de la croissance cristalline de 3C-SiC en solution à haute température. Dans un premier temps, le système de croissance a été modélisé en couplant les transferts de chaleur aux mouvements de convection dans la zone de liquide. Nous démontrons que les convections de type Marangoni et d'origine électromagnétique doivent être évitées. Nous proposons une géométrie où la convection autour du cristal est liée uniquement à la rotation du cristal. Nous avons démontré pour la première fois des cristaux de 3C-SiC de taille compatible avec la réalisation de dispositifs électroniques. Le couplage entre les simulations et les expériences montre qu'il existe trois paramètres fondamentaux pour envisager la croissance de 3C-SiC en solution. Ces paramètres sont le contrôle des convections, le contrôle de la température et l'orientation du germe de départ. Nous démontrons aussi le dopage in-situ des cristaux. Des dopages n et p aussi élevés que 1020 at.cm-3 peuvent ainsi être obtenus. La qualité structurale a aussi été évaluée par différentes techniques de caractérisations : spectroscopie Raman, observations TEM, microscope optique et de biréfringence. Les cristaux sont de haute qualité structurale, la densité de fautes d'empilement est inférieure à 100 cm-1.
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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 CUBIQUE EST UN SEMICONDUCTEUR A GRAND GAP AYANT DES PROPRIETES PHYSIQUES ET ELECTRONIQUES PROMETTEUSES POUR DES DISPOSITIFS DE PUISSANCE FONCTIONNANT A HAUTE TEMPERATURE. SON DEVELOPPEMENT SE HEURTE AU MANQUE DE SUBSTRAT ADAPTE. NOUS AVONS DONC ETUDIE LA POSSIBILITE DE L'HETEROEPITAXIE DE -SIC SUR SUBSTRAT DE SILICIUM (100) PAR EPV. LA DIFFERENCE DE PARAMETRES PHYSIQUES ENTRE LES DEUX MATERIAUX A IMPOSE L'EMPLOI D'UNE COUCHE TAMPON DE SIC REALISEE PAR CVD REACTIVE SOUS MELANGE H#2-C#3H#8. NOUS AVONS TRES LARGEMENT ETUDIE CETTE ETAPE, QUI EST PRIMORDIALE POUR LA REALISATION DE MONOCRISTAUX DE -SIC. UN EXAMEN PREALABLE, THERMODYNAMIQUE ET EXPERIMENTAL A L'AIDE DE PLANS D'EXPERIENCES, A PERMIS DE CERNER LES GRANDES TENDANCES D'EVOLUTION DE LA COUCHE TAMPON EN FONCTION DES PARAMETRES DE CARBURATION. UN MECANISME DE CROISSANCE ESSENTIELLEMENT FONDE SUR L'EXODIFFUSION DU SILICIUM DU SUBSTRAT A TRAVERS LA COUCHE DE SIC A ETE PROPOSE GRACE A UN SUIVI SYSTEMATIQUE DE LA MORPHOLOGIE PAR AFM ET DE L'EPAISSEUR PAR SPECTROMETRIE IR EN TRANSMISSION. NOUS EN AVONS DEDUIT LES CONDITIONS OPTIMALES DE CARBURATION (1150C ET DILUTION DE C#3H#8 DANS H#2 DE 333) CONDUISANT A UNE COUCHE TAMPON SANS DEFAUT POUR UNE EPAISSEUR DE 1,5 NM. LA NECESSITE DE REALISER L'EPITAXIE A 1350C A IMPLIQUE LA MISE AU POINT D'UNE PROCEDURE DE TRANSITION AFIN DE CONSERVER UNE MORPHOLOGIE DE SURFACE SATISFAISANTE AVANT LA REPRISE D'EPITAXIE. UNE MONTEE EN TEMPERATURE SOUS UN MELANGE SIH#4-C#3H#8 RICHE EN CARBONE PERMET DE CONSERVER LA QUALITE DE LA COUCHE TAMPON. LA QUALITE DES COUCHES EPITAXIALES DE -SIC A ETE SUIVIE PAR SIMPLE DIFFRACTION X, TEM, MEB, AFM ET PAR SPECTROMETRIE IR. NOUS AVONS MONTRE QUE L'UTILISATION D'UNE PHASE GAZEUSE RICHE EN C(SI/C=0,3) CONDUIT AUX MEILLEURS RESULTATS. AVEC UNE VITESSE DE CROISSANCE DE 3 M/H, LES COUCHES REALISEES SONT DE QUALITE CRISTALLINE COMPARABLE VOIRE SUPERIEURE A CELLE DE LA LITTERATURE. L'AZOTE EST LA SEULE IMPURETE DETECTEE PAR PHOTOLUMINESCENCE A BASSE TEMPERATURE. POUR UNE COUCHE DE 9 M, LA DENSITE DE FAUTES D'EMPILEMENTS EST DE 10#8 CM#-#2 EN SURFACE. CETTE DENSITE EST PLUS IMPORTANTE PRES DE L'INTERFACE SIC-SI DU FAIT D'UNE CROISSANCE INITIALE EN 3D. NOUS AVONS OBSERVE UN EFFET NON NEGLIGEABLE DE CES DEFAUTS SUR LE MODE ET LA CINETIQUE DE CROISSANCE.
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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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L'utilisation du SiC-3C pour les applications en électronique de puissance requiert sa disponibilité sous forme de monocristaux massifs. À ce jour, ceci n'a pas été démontré car le développement de monocristaux bute sur le double problème de l'absence de germe et de l'absence d'un procédé adapté. En fait, de nombreuses données nécessaires à la cristallogenèse du 3C sont toujours manquantes. Ce travail de thèse vise à apporter certaines de ces données de base. Nous avons pour cela étudié les mécanismes de nucléation et croissance du 3C en phase gazeuse à haute température, la transition 3C-6H en phase solide, le dopage n du SiC-3C ainsi que les défauts étendus présents dans les cristaux. L'ensemble des résultats obtenus a notamment permis de proposer des solutions technologiques, comme la technique de « necking », permettant un contrôle de la nucléation et le filtrage des défauts cristallins.
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: Agnes Buka Publisher: World Scientific ISBN: 1848167997 Category : Science Languages : en Pages : 299
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The book intends to give a state-of-the-art overview of flexoelectricity, a linear physical coupling between mechanical (orientational) deformations and electric polarization, which is specific to systems with orientational order, such as liquid crystals. Chapters written by experts in the field shed light on theoretical as well as experimental aspects of research carried out since the discovery of flexoelectricity. Besides a common macroscopic (continuum) description the microscopic theory of flexoelectricity is also addressed. Electro-optic effects due to or modified by flexoelectricity as well as various (direct and indirect) measurement methods are discussed. Special emphasis is given to the role of flexoelectricity in pattern-forming instabilities. While the main focus of the book lies in flexoelectricity in nematic liquid crystals, peculiarities of other mesophases (bent-core systems, cholesterics, and smectics) are also reviewed. Flexoelectricity has relevance to biological (living) systems and can also offer possibilities for technical applications. The basics of these two interdisciplinary fields are also summarized.
Author: Jerome V. Moloney Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 9780387985817 Category : Business & Economics Languages : en Pages : 270
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Mathematical methods play a significant role in the rapidly growing field of nonlinear optical materials. This volume discusses a number of successful or promising contributions. The overall theme of this volume is twofold: (1) the challenges faced in computing and optimizing nonlinear optical material properties; and (2) the exploitation of these properties in important areas of application. These include the design of optical amplifiers and lasers, as well as novel optical switches. Research topics in this volume include how to exploit the magnetooptic effect, how to work with the nonlinear optical response of materials, how to predict laser-induced breakdown in efficient optical devices, and how to handle electron cloud distortion in femtosecond processes.
Author: Jessica Eid
Author: Jessica Eid
Author: Laurence Latu-Romain
Author: Frédéric Mercier
Author: ISABELLE.. GARCON
Author: GABRIEL.. FERRO
Author: Cécile Moulin
Author: Irina Galben-Sǎndulache
Author: Martin Seiss
Author: Agnes Buka
Author: Jerome V. Moloney