Etude structurale, optique et électrique de couches minces d'oxynitrure de silicium déposées par pulvérisation cathodique radiofréquence réactive PDF Download
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Book Description
Cette étude concerne les propriétés structurales, optiques et électriques des couches minces d'oxynitrure de silicium ( SiOxNy) élaborées par pulvérisarion cathodique radiofréquence d'une cible de silicium dans un plasma argon-oxygène-azote. La zone d'instabilité de ce procédé réactif a été précisée par spectroscopie d'émission optique et par le suivi de la pression totale et du potentiel d'autopolarisation. Les conditions adéquates d'élaboration qui ont été définies, ont permis de déposer des films dont la composition varie presque linéairement, entre celles du nitrure et de l'oxyde de silicium. Ces couches sont formées par un mélange de nanophases de type SiO2 et Si3N4 incorporées dans une phase de SiOxNy amorphe. Des liaisons pendantes ont aussi été détectées sur les atomes de silicium. Les dépôts présentent des propriétés optiques (indice de réfraction, gap optique) et des propriétés diélectriques très intéressantes et variables en fonction de leur composition et de leur structure
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Cette étude concerne les propriétés structurales, optiques et électriques des couches minces d'oxynitrure de silicium ( SiOxNy) élaborées par pulvérisarion cathodique radiofréquence d'une cible de silicium dans un plasma argon-oxygène-azote. La zone d'instabilité de ce procédé réactif a été précisée par spectroscopie d'émission optique et par le suivi de la pression totale et du potentiel d'autopolarisation. Les conditions adéquates d'élaboration qui ont été définies, ont permis de déposer des films dont la composition varie presque linéairement, entre celles du nitrure et de l'oxyde de silicium. Ces couches sont formées par un mélange de nanophases de type SiO2 et Si3N4 incorporées dans une phase de SiOxNy amorphe. Des liaisons pendantes ont aussi été détectées sur les atomes de silicium. Les dépôts présentent des propriétés optiques (indice de réfraction, gap optique) et des propriétés diélectriques très intéressantes et variables en fonction de leur composition et de leur structure
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Ce travail repose sur l'etude des couches minces d'oxynitrures de silicium obtenues par pulverisation radio-frequence magnetron reactive en vue de realiser des multicouches optiques ayant de faibles pertes (absorption, diffusion). Tout d'abord, nous avons analyse les variations des proprietes optiques et physicochimiques des monocouches d'oxynitrures liees aux differents parametres du bati de depot: les pressions partielles des gaz, la puissance rf, la nature de la cible et des gaz. Ainsi, lorsque l'on decrit toute la gamme des oxynitrures de l'oxyde de nitrure, nous avons en particulier mis en evidence l'evolution quasi lineaire de l'indice sur un domaine relativement important ainsi que la substitution rigoureuse des atomes d'oxygene par les atomes d'azote: ceci est la preuve d'un mecanisme simple de formation. De plus, grace a des analyses par spectrophotometrie ir, un modele de la structure amorphe des oxynitrures a ete propose (pseudo-binaire oxyde-nitrure) et verifie par deux methodes d'approximation. Enfin, une etude plus particuliere de l'absorption (photothermie) et de la diffusion (diffusometre casi) a ete menee sur les monocouches et sur les multicouches synthetises a partir des oxynitrures (antireflets, miroirs). Une comparaison avec les performances des empilements classiques d'oxydes realises par pulverisation par faisceaux d'ions a pu etre faite et nous avons ainsi propose des solutions pour optimiser les deux sources de pertes
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Le système antireflet (SAR) est d"une grande importance pour les cellules photovoltaïques (PV), surtout pour celles de deuxième génération à base de couches minces. Au cours de ce travail de thèse, nous avons cherché à réaliser un SAR à la fois efficace et répondant aux critères de l"industrie PV en termes de coût de production et de facilité de mise en oeuvre. Pour cela, nous avons particulièrement étudié le dépôt d"oxynitrures de silicium (SiOxNy), comme élément de base de ces dispositifs. Les films sont élaborés par pulvérisation cathodique réactive radiofréquence à effet magnétron. Notre volonté a été d"étudier à la fois le procédé de dépôt, les matériaux obtenus ainsi que la formation de dispositifs fonctionnels. Nous avons tout d"abord présenté les deux voies d"élaboration des couches minces de SiOxNy: par procédé conventionnel (PC) où les gaz réactifs ne sont pas pulsés, puis par le procédé de gaz réactif pulsé (PGRP). Nous avons aussi croisé une étude expérimentale par Spectroscopie d"Emission Optique (SEO) et une modélisation du procédé afin de mieux appréhender les interactions des gaz réactifs avec la cible et leur effet sur le procédé. En parallèle, des dépôts ont été réalisés afin de vérifier la capacité de chacune des deux techniques à déposer des SiOxNy avec une gamme variable de compositions. Nous avons ensuite étudié l"effet des paramètres de pulse de la méthode PGRP à la fois sur la structure, mais aussi sur les propriétés optiques et électriques des couches minces de SiOxNy. Nous avons cherché ici à valider le lien entre structure et indices de réfraction pour ces films. Enfin, pour réaliser un dispositif AR fonctionnel, des systèmes AR ont été tout d"abord simulés avec un programme de calcul électromagnétique et optimisés grâce à un algorithme génétique. Les systèmes optimisés ont été ensuite déposés et caractérisés. Une réflectivité moyenne (entre 400 et 900 nm) inférieure à 5 % a ainsi été obtenue.
Author: André Guivarc'h Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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Dans une première partie, étude des processus induits par implantation ionique utilisée en tant que méthode de dopage du silicium et méthode de formation de couches isolantes. La seconde partie traite du problème des interfaces métal-silicium qui occupent une position centrale dans la technologie des circuits intègres: l'étude, axée sur l'aspect métallurgique du problème, est limitée au cas du platine, du molybdène et du chrome, métaux susceptibles de former avec le silicium des composes définis. Enfin, la dernière partie est consacrée a l'élaboration et a la caractérisation d'un matériau nouveau, le carbure de silicium hydrogène dépose en couches minces par pulvérisation cathodique réactive.
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DEUX CATEGORIES DE COUCHES DE SILICIUM NANOCRISTALLIN OBTENUES PAR PULVERISATION RF ONT FAIT L'OBJET DE CET ETUDE. L'UNE A ETE THERMIQUEMENT CRISTALLISEE APRES DEPOT A DIFFERENTES PRESSIONS PARTIELLES D'HYDROGENE, ALORS QUE LA DEUXIEME CONSISTE EN DES COUCHES DIRECTEMENT CRISTALLISEES SOUS PLASMA D'HYDROGENE PUR POUR DIFFERENTES VALEURS DE LA TEMPERATURE DU SUBSTRAT (T#S). LES CARACTERISATIONS STRUCTURALES ET PHYSIQUES DE CES COUCHES ONT ETE REALISEES A L'AIDE D'UNE PANOPLIE DE TECHNIQUES EXPERIMENTALES TELLES QUE IR, RAMAN, DRX, MET, ABSORPTION OPTIQUE, CONDUCTIVITE ELECTRIQUE, PHOTOLUMINESCENCE. LES MECANISMES DE CRISTALLISATION DANS LES COUCHES SE SONT REVELES TRIBUTAIRES, POUR UNE LARGE PART, DE LA PRESENCE ET DE LA CONCENTRATION DES ESPECES OU DES RADICAUX D'HYDRURE SIH#2, SOIT DANS LES FILMS DE BASE POUR LES COUCHES THERMIQUEMENT CRISTALLISEES, SOIT DANS LE PLASMA POUR LES COUCHES DIRECTEMENT CRISTALLISEES. DANS LA PREMIERE CATEGORIE DE COUCHES, LES EFFETS DE SIH#2 SE TRADUISENT PAR LA RELAXATION AU COURS DU RECUIT DE LA STRUCTURE CRISTALLISEE. CELLE-CI A ETE MISE EN EVIDENCE PAR LE COMPORTEMENT DE LA CONTRAINTE ET CONFORTEE PAR LA VARIATION DES QUEUES DE BANDES OU ENERGIE D'URBACH LAQUELLE REFLETE LE DESORDRE DANS LE MATERIAU. LE DEGRE DE CE DESORDRE SEMBLE DETERMINER LA LARGEUR DU GAP OPTIQUE ET LES ETENDUES DES DOMAINES DE VALIDITE DES MECANISMES DE CONDUCTION ELECTRIQUE. CONCERNANT LES COUCHES DIRECTEMENT CRISTALLISEES, LA FRACTION CRISTALLINE F#C ET LA TAILLE DES GRAINS MONTRENT UNE AUGMENTATION GRADUELLE AVEC T#S. L'ORIGINE DE CE COMPORTEMENT RESIDE DANS LES MECANISMES REACTIONNELS ENTRE LES RADICAUX SIH#2 ET LA SURFACE DE LA COUCHE QUI RESULTE EN UN PROCESSUS DE GRAVURE SELECTIVE DES LIAISONS FAIBLES OU SOUS CONTRAINTE CONDUISANT A LA RELAXATION DE LA STRUCTURE VERS L'ETAT CRISTALLIN. LA CONDUCTIVITE ELECTRIQUE ET LE GAP OPTIQUE E#O ONT MONTRE DES VARIATIONS SPECTACULAIRES EN FONCTION DE T#S DUES PRINCIPALEMENT A L'ACCROISSEMENT DE F#C : ACCUSE UN GAIN DE 7 ORDRES DE GRANDEUR ET E#O DECROIT DE 2,40 EV A 1,95 EV. LA FORMATION D'UNE COUCHE TAMPON AMORPHE POUR LES BASSES T#S A FAIT L'OBJET D'UNE ETUDE SPECIFIQUE QUI A MONTRE LA POSSIBILITE DE SA RECRISTALLISATION SUITE A UN SIMPLE RECUIT A UNE TEMPERATURE RELATIVEMENT BASSE (150C) QUI IMPLIQUE LE ROLE CRITIQUE DES ESPECES SIH#2.
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DANS LE CADRE D'UNE ETUDE GLOBALE DES CONDITIONS DE CROISSANCE DE COUCHES MINCES D'OXYDES SUPRACONDUCTEURS PAR PULVERISATION CATHODIQUE, DES COUCHES MINCES DE BI#2SR#2CACU#2O#8 ONT ETE DEPOSEES. LE SYSTEME DE DEPOT EST UN BATI DE PULVERISATION CATHODIQUE RADIO-FREQUENCE MAGNETRON. LE PORTE-SUBSTRAT EST PLACE EN FACE DE LA CIBLE. LA CIBLE DE BI#2SR#2CACU#2O#8 EST MONOPHASEE, STOECHIOMETRIQUE ET OBTENUE PAR LA METHODE DE LA FUSION TOTALE. L'INFLUENCE DES PRINCIPAUX PARAMETRES DE DEPOT SUR LE TRANSFERT DES DIFFERENTES ESPECES ONT PU ETRE MIS EN EVIDENCE. DES COUCHES MINCES DE BI#2SR#2CACU#2O#8 SUPRACONDUCTRICES ONT PU ETRE DEPOSEES IN SITU SUR DES SUBSTRATS DE MGO (100) ET DE LAALO#3 (100). LA TEMPERATURE CRITIQUE DE CES FILMS RESTE CEPENDANT FAIBLE (T#C = 43K). PARALLELEMENT, UN SYSTEME D'AMINCISSEMENT MECANIQUE ET IONIQUE A PU ETRE MIS EN SERVICE. LA TECHNIQUE DITE DES SECTIONS TRANSVERSES ETANT PLUS PARTICULIEREMENT DEDIEE A L'OBSERVATION DE L'INTERFACE FILM/SUBSTRAT AU MICROSCOPE ELECTRONIQUE A TRANSMISSION. DES COUCHES MINCES DE DIVERS MATERIAUX ELABOREES PAR D'AUTRES PROCEDES ONT PU ETRE OBSERVEES AU MET GRACE A CETTE TECHNIQUE. L'OBSERVATION DES COUCHES DE BI#2SR#2CACU#2O#8 AU MET ET LORS D'ETUDES EXAFS A PERMIS DE MONTRER LE FAIBLE VOLUME CRISTALLISE ET LA MAUVAISE OXYGENATION DE CES COUCHES. UNE MODIFICATION DES PARAMETRES D'ELABORATION EST ENVISAGEE
Author: Farida Rebib
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