Défauts induits par implantation d'ions légers ou irradiation électronique dans les semi-conducteurs à base silicium PDF Download
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Author: Marie-Laure David (physicienne).) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 246
Book Description
L'implantation ionique est couramment utilisée dans l'industrie des semi-conducteurs aussi bien pour le dopage des matériaux que pour en améliorer la pureté. Les défauts créés par implantation/irradiation peuvent améliorer ou détériorer les performances des dispositifs électroniques. Nous avons étudié par spectroscopie capacitive les défauts électriquement actifs créés par irradiation dans le 4H-SiC. Nous avons caractérisé l'un de ces défauts, le centre S, en déterminant sa signature et ses cinétiques d'apparition et de recuit. Par ailleurs nous avons étudié les défauts créés par implantation d'hélium à forte dose dans le Si principalement par Microscopie Electronique à Transmission. Nous avons montré que la nature des défauts (cavités et défauts de type interstitiel) et leur évolution au cours d'un recuit dépendent fortement de la température d'implantation. Les effets d'implantations multi-énergies à haute température sont aussi présentés.
Author: Marie-Laure David (physicienne).) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 246
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L'implantation ionique est couramment utilisée dans l'industrie des semi-conducteurs aussi bien pour le dopage des matériaux que pour en améliorer la pureté. Les défauts créés par implantation/irradiation peuvent améliorer ou détériorer les performances des dispositifs électroniques. Nous avons étudié par spectroscopie capacitive les défauts électriquement actifs créés par irradiation dans le 4H-SiC. Nous avons caractérisé l'un de ces défauts, le centre S, en déterminant sa signature et ses cinétiques d'apparition et de recuit. Par ailleurs nous avons étudié les défauts créés par implantation d'hélium à forte dose dans le Si principalement par Microscopie Electronique à Transmission. Nous avons montré que la nature des défauts (cavités et défauts de type interstitiel) et leur évolution au cours d'un recuit dépendent fortement de la température d'implantation. Les effets d'implantations multi-énergies à haute température sont aussi présentés.
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L'ETUDE DES PHENOMENES MIS EN JEU DANS L'INTERACTION DES PARTICULES CHARGEES OU NON AVEC LA MATIERE OCCUPE UNE PLACE SANS CESSE CROISSANTE SURTOUT DANS LE DOMAINE DE L'ELECTRONIQUE. LES DEFAUTS PRODUITS LORS DE L'IMPLANTATION ONT DES REPERCUSSIONS SUR LES PROPRIETES ELECTRIQUES DES MATERIAUX ET SONT DONC SUSCEPTIBLES DE MODIFIER LES CARACTERISTIQUES DES COMPOSANTS. CE TRAVAIL EST CONSACRE A L'ETUDE DES DEFAUTS CREES PAR L'IMPLANTATION DE PROTONS OU DE PARTICULES ALPHA DANS LE SILICIUM. DANS CE BUT, NOUS AVONS DEVELOPPE UN DISPOSITIF D'IMPLANTATION PERMETTANT D'IRRADIER DES ECHANTILLONS DE DIX CENTIMETRES DE DIAMETRE. POUR IDENTIFIER LES DEFAUTS CREES PAR L'IMPLANTATION D'IONS ET OBSERVER LEURS EFFETS SUR LE SILICIUM, NOUS AVONS UTILISE QUATRE METHODES DE CARACTERISATION. LA MESURE DE LA RESISTANCE DE CONSTRICTION SUR DU SILICIUM IMPLANTE DE TYPE N, MONTRE QUE LA QUANTITE DE DEFAUTS CREEE PAR L'IMPLANTATION DE PARTICULES ALPHAS EST PLUS IMPORTANTE QUE CELLE CREEE PAR DES PROTONS A FLUENCE EGALE. PAR MESURE C-V (CAPACITE-TENSION), NOUS AVONS MONTRE QUE CONTRAIREMENT AUX PARTICULES ALPHAS, L'IMPLANTATION DE PROTONS INDUIT DES NIVEAUX DONNEURS SUPERFICIELS APRES RECUIT. CES NIVEAUX SONT LIES A L'ACTIVITE DE L'HYDROGENE IMPLANTE. LES MESURES D.L.T.S. MONTRENT QUE LA PLUPART DES CENTRES PIEGES A ELECTRONS CREES EN FIN DE PARCOURS DES IONS SONT COMMUNS AUX DEUX PARTICULES. DANS LE CAS D'UNE IMPLANTATION D'ALPHAS, IL APPARAIT UN NIVEAU QUE NOUS ATTRIBUONS A UN AGREGAT DE LACUNES. AFIN DE CARACTERISER LES DEFAUTS CREES PAR DES IMPLANTATIONS A FORTE DOSE, NOUS AVONS UTILISE L'ANALYSE PAR ANNIHILATION DE POSITONS. POUR UNE IMPLANTATION DE PROTONS, UN PROFIL DE BILACUNE A ETE MESURE ET PEUT ETRE CORRELE AVEC LE PROFIL DE RESISTANCE DE CONSTRICTION
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Le but de cette etude est de caracteriser les defauts crees par irradiation electronique dans des couches epitaxiees d'alliage silicium-germanium de type n et p. Apres une analyse des donnees rapportees dans la litterature concernant les defauts profonds ponctuels et etendus dans le silicium (si), le germanium (ge) et l'alliage silicium-germanium (sige), les techniques de mesure sont presentees avec un examen particulier des effets parasites rencontres qui necessitent une modification des modeles classiques d'interpretation des mesures experimentales. Enfin, nous presentons les resultats obtenus pour des couches relaxees d'alliage si#0#.#7ge#0#.#3 de type n et pour des couches contraintes ou relaxees d'alliages de type p contenant de 2 a 30% de ge. A l'aide des techniques capacite-tension, c(v), et courant-tension, i(v), nous montrons que les degats d'irradiation (accroissement du courant des diodes en inverse et en direct, augmentation de la compensation du materiau) sont d'autant plus importants que le taux de ge est faible. Une determination systematique de la position des niveaux d'energie et de la section apparente de capture des defauts natifs et d'irradiation a l'aide de la spectroscopie de transitoires de capacite (deep level transient spectroscopy) d'une part, et une etude des taux d'introduction, des profils sous la surface des couches d'alliage et de la stabilite thermique des defauts d'irradiation d'autre part, nous a permis de proposer une identification pour chacun des centres observes par comparaison avec les resultats presentes dans la litterature pour les defauts dans si, ge et sige.
Author: Alban Colder Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 216
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Nous avons étudié le comportement des sepi-conducteurs germanium, silicium et arséniure de gallium irradiés par divers projectiles (ions lourds, protons, électrons et agrégats C60). Grâce à des mesures électriques de spectroscopie transitoire des niveaux profonds (DLTS) et d'effet Hall, nous avons pu préciser, à faibles doses, la nature des défauts présents dans le germanium après irradiation à température ambiante. Nous avons déterminé, pour différents projectiles, les cinétiques de création de ces défauts. Les mesures électriques à plus fortes doses ont permis de mettre en évidence la présence d'un défaut spécifique multilacunaire créé uniquement après irradiation par des ions lourds (ou des protons). De plus, des mesures de spectroscopie par annihilation de positons (PAS) montrent que la taille de ce défaut spécifique augmente avec la fluence. L'endommagement correspondant a également été quantifié par des mesures de rétrodiffusion Rutherford en canalisation (RBS-C). En première approximation, les taux de création de défauts obtenus sont normalisés par les collisions nucléaires. Cette normalisation se retrouve dans l'évolution de l'inverse du gain de transistors bipolaires à base de silicium. Cependant, une étude plus fine met en évidence une perte d'efficacité de création de défauts à des valeurs intermédiaires de perte d'énergie électronique Se, puis au contraire une augmentation pour des plus fortes valeurs de Se. Dans les trois semi-conducteurs, nous avons observé la création de traces après irradiation par des agrégats C60. Celles-ci se présentent sous la forme de cylindres amorphes que nous avons caractérisés en microscopie électronique à transmission et à haute résolution. Elles sont dûes aux très fortes valeurs de densité d'énergie électronique que peuvent déposer les agrégats en raison de leur faible vitesse.
Author: Dirk Christoph Schmidt Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 208
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LES RECHERCHES CONCERNANT LE TRAVAIL PRESENTE DANS CETTE THESE D'UNIVERSITE ONT ETE EFFECTUEES DANS TROIS PAYS DIFFERENTS DE LA COMMUNAUTE EUROPEENNE ; AU LABORATOIRE DE METALLURGIE PHYSIQUE DE L'UNIVERSITE DE POITIERS, AU LABORATOIRE DU IV. PHYSIKALISCHES INSTITUT DE L'UNIVERSITE DE GOTTINGEN (ALLEMAGNE) ET AU LABORATOIRE D'ELECTRONIQUE DE L'ETAT SOLIDE A L'INSTITUT ROYAL DE TECHNOLOGIE DE STOCKHOLM (SUEDE). L'OR ET LE PLATINE SONT DES IMPURETES METALLIQUES COURAMMENT EMPLOYEES DANS L'INDUSTRIE ELECTRONIQUE POUR CONTROLER LA DUREE DE VIE DES PORTEURS MINORITAIRES DANS LES DISPOSITIFS DE PUISSANCE A FAIBLE TEMPS DE COMMUTATION. RECEMMENT, L'IMPLANTATION AUX IONS LEGERS A MONTRE QU'ELLE POUVAIT ETRE UTILISEE COMME METHODE DE SUBSTITUTION A LA DIFFUSION DES IMPURETES EN RAISON DES DIVERS AVANTAGES QU'ELLE PRESENTE COMME PAR EXEMPLE LA REPRODUCTIBILITE, LA POSSIBILITE DE CHANGER LES CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES DE LA DIODE A LA FIN DES DIFFERENTES ETAPES DE FABRICATION ET LE FAIT QUE LA TEMPERATURE DE LA DIODE EST BEAUCOUP PLUS BASSE DURANT L'IMPLANTATION QUE PENDANT LA DIFFUSION THERMIQUE. LA COMBINAISON IMPLANTATION-DIFFUSION EST EGALEMENT PROPOSEE COMME UNE METHODE ALTERNATIVE CAR ELLE PERMET DE REDUIRE DE FACON NOTABLE LA TEMPERATURE DE DIFFUSION DES IMPURETES ET DE CONTROLER PRECISEMENT LA POSITION ET LA CONCENTRATION DES CENTRES DE RECOMBINAISON. DANS CETTE THESE, L'INFLUENCE DES DEFAUTS, INTRODUITS PAR IMPLANTATION IONIQUE OU IRRADIATION AUX ELECTRONS, SUR LA DIFFUSION DU PLATINE A ETE ETUDIE. LA PRINCIPALE METHODE DE CARACTERISATION UTILISEE EST LA SPECTROSCOPIE TRANSITOIRE DES NIVEAUX PROFONDS OU DLTS (DEEP LEVEL TRANSIENT SPECTROSCOPY). CETTE METHODE PERMET DE DETERMINER LES PROFILS DE CONCENTRATION DES DEFAUTS AINSI CREES ET DU PLATINE DIFFUSE. ON OBSERVE QUE LES DEFAUTS, PRODUITS PAR L'IRRADIATION AUX ELECTRONS OU PAR IMPLANTATION IONIQUE DE PROTONS OU DE PARTICULES ALPHA, SONT DECORES PAR LE PLATINE. CE RESULTAT PEUT ETRE EXPLIQUE EN INVOQUANT LES MECANISMES DE DIFFUSION DE TYPE KICK-OUT ET DE FRANK-TURNBULL. AU-DESSOUS D'UNE TEMPERATURE DE DIFFUSION DE 600C ON NE DETECTE AUCUN ATOME DE PLATINE DIFFUSE. CEPENDANT DE NOUVEAUX DEFAUTS, LIES A LA PRESENCE D'INTERSTITIELS, SURGISSENT DANS LE SPECTRE DLTS. ENFIN DES IMPLANTATIONS DE SILICIUM ET DES IRRADIATIONS AUX ELECTRONS DANS DES SUBSTRATS A TEMPERATURES ELEVES ONT ETE REALISEES AFIN DE MIEUX COMPRENDRE LA NATURE DES DEFAUTS CREES PAR IMPLANTATION/IRRADIATION.
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Les défauts introduits par l'implantation d'hélium dans le silicium et dans le carbure de silicium ont été étudiés par MET (Microscopie Electronique en Transmission). Des techniques complémentaires comme la desorption d'hélium (THDS) et la DRX (Diffraction des Rayons-X) ont également été utilisées. Nous avons observé que dans le cas d'implantations à forte énergie (MeV), de nombreux défauts étendus de type interstitiel sont crées parallèlement à la formation des bulles. Nous avons montré que la formation des bulles dépend fortement du flux et que le taux de production des lacunes est un paramètre déterminant. Les effets du temps de recuit et de la température d'implantation ont également été étudiés. Dans le carbure de silicium, la formation de bulles se produit dans une zone amorphe et l'évolution en cavités a été étudiée en fonction de divers recuit. Une étude par THDS des précurseurs des bulles est également présentée.
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CE TRAVAIL EST CONSACRE A L'ETUDE DES DEFAUTS CREES PAR IMPLANTATION LOCALISEE DES PROTONS DANS LES ECHANTILLONS DE SILICIUM. NOUS AVONS REALISE TROIS TYPES D'ETUDES. PAR L'ETUDE DU PROFIL DE RESISTIVITE DES ECHANTILLONS IRRADIES, NOUS AVONS PU DETERMINER QUE L'IMPLANTATION DONNAIT LIEU, APRES RECUIT THERMIQUE A 400C, A DEUX TYPES DE DEFAUTS AYANT DES COMPORTEMENTS ELECTRIQUES DIFFERENTS. LES PREMIERS LOCALISES ENTRE LA SURFACE DE L'ECHANTILLON ET LA PROFONDEUR D'ARRET DES PARTICULES SE TRADUISENT PAR UNE AUGMENTATION DE LA RESISTIVITE. QUANT AUX SECONDS DEFAUTS, ILS SONT ESSENTIELLEMENT LOCALISES A LA PROFONDEUR D'ARRET ET LEUR ACTIVITE ELECTRIQUE SE TRADUIT PAR UNE DIMINUTION LOCALE DE LA RESISTIVITE. CES DERNIERS DEFAUTS POURRAIENT ETRE ATTRIBUES A L'ACTIVITE DE L'HYDROGENE IMPLANTE. LES METHODES CAPACITIVES (C-V ET DLTS) NOUS ONT PERMIS DE DETERMINER LE PROFIL DE CONCENTRATION DES PORTEURS DE CHARGE DANS L'ECHANTILLON APRES IRRADIATION. ELLES NOUS ONT SURTOUT PERMIS DE REPERTORIER (PAR SPECTROSCOPIE DLTS) L'ENSEMBLE DES DEFAUTS CREES PAR IMPLANTATION A DIFFERENTES PROFONDEURS
Author: PATRICK.. MARY Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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DES ECHANTILLONS DE SILICIUM ONT ETE IRRADIES AVEC DES FAISCEAUX D'IONS KRYPTON (3.7 GEV), XENON (3.5 GEV) ET URANIUM (3.8 GEV). L'ENDOMMAGEMENT A ETE SUIVI PENDANT L'IRRADIATION A L'AIDE DE LA MESURE DE LA RESISTANCE ELECTRIQUE DES ECHANTILLONS. LES MESURES D'EFFET HALL ONT MONTRE QUE L'AUGMENTATION DE LA RESISTANCE EST PRINCIPALEMENT DUE A LA COMPENSATION DU DOPANT. LA METHODE DLTS A PERMIS DE MONTRER QUE LES PRINCIPAUX DEFAUTS INDUITS ETAIENT IDENTIQUES AUX DEFAUTS CREES PAR DES PARTICULES LEGERES (ELECTRONS): V-O, V-V... LES PROFILS DE CONCENTRATION, DETERMINES PAR LA METHODE DDLTS, METTENT BIEN EN EVIDENCE L'INFLUENCE DE LA MIGRATION DES LACUNES SUR LA FORMATION DES COMPLEXES A LA TEMPERATURE AMBIANTE. UNE SIMULATION DES COURBES R-T A D'UNE PART PERMIS DE DETERMINER LES TAUX DE CREATION DE CHAQUE TYPE DE DEFAUT ET D'AUTRE PART DE MONTRER QUE LA LACUNE ISOLEE EST LE PRINCIPAL DEFAUT CREE DANS LE SILICIUM DE TYPE N PAR LES IRRADIATIONS REALISEES A 77 K. CES TAUX DE CREATION, NORMALISES PAR LA SECTION EFFICACE DE DEPLACEMENT, ONT ETE COMPARES AUX TAUX DE CREATION DES COMPLEXES INDUITS PAR IRRADIATION AUX ELECTRONS; IL APPARAIT QUE LA FORTE EXCITATION ELECTRONIQUE DANS L'INTERVALLE 3,7-29 MEV/M, EST INEFFICACE VIS-A-VIS DE LA CREATION DE DEFAUTS DANS LE SILICIUM
Author: Marie-Laure David (physicienne).)
Author: Marie-Laure David (physicienne).)
Author: PIERRE.. DESGARDIN
Author: Jean-Jacques Goubet
Author: Alban Colder
Author: Boris Boltaks
Author: Dirk Christoph Schmidt
Author: Erwan Oliviero
Author: Esidor Ntsoenzok
Author: Sarah Silvestre
Author: PATRICK.. MARY