Structure et propriétés optiques et électriques de nitrure de silicium obtenu par CVD assisté par plasma PDF Download
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Book Description
Ce travail de thèse, qui est inscrit dans le cadre d’un projet national de recherche appliqué à vocation industrielle intitulé ́PHARE ́, a pour but de mieux appréhender les propriétés optiques, structurales et de passivation des couches de nitrure de silicium SiN:H élaborées par un réacteur prototype ́PECVD ́ de la société ́Roth & Rau ́ en fonction de ses différents paramètres technologiques afin de les optimiser en vue de leur utilisation pour des cellules photovoltaïques. Nous avons pu élaborer une large gamme d’indice de réfraction (1,9
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Ce travail de thèse, qui est inscrit dans le cadre d’un projet national de recherche appliqué à vocation industrielle intitulé ́PHARE ́, a pour but de mieux appréhender les propriétés optiques, structurales et de passivation des couches de nitrure de silicium SiN:H élaborées par un réacteur prototype ́PECVD ́ de la société ́Roth & Rau ́ en fonction de ses différents paramètres technologiques afin de les optimiser en vue de leur utilisation pour des cellules photovoltaïques. Nous avons pu élaborer une large gamme d’indice de réfraction (1,9
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En raison de leurs propriétés nouvelles, les matériaux composites à base de nanocristaux de silicium (nc-Si) contenus dans des matrices siliciées amorphes suscitent un intérêt grandissant pour les nombreuses applications envisagées dans les domaines de l'électronique et du photovoltaïque. La fabrication de ces nanostructures est parfaitement compatible avec les technologies existantes. Toutefois, afin d'être intégrés avec succès dans ces dispositifs, les nc-Si et leur environnement doivent avoir des propriétés maitrisées. Dans ce contexte, le travail de thèse a consisté en l'élaboration et la caractérisation de couches de carbure et nitrure de silicium contenant des nc-Si. Ces deux matrices ont retenu notre attention en raison de leur gap intermédiaire entre la silice et le silicium qui permettrait d'obtenir des propriétés améliorées pour les composants électriques. Deux techniques de fabrication ont été étudiées : la nucléation/croissance de nc-Si sur des couches minces a-SiCx par dépôt chimique en phase vapeur à basse pression (LPCVD), et le dépôt par CVD assisté par plasma pulsé (PPECVD) d'alliages a-SiNx riches en Si, suivi d'un recuit à haute température. Lors de l'interprétation des résultats, une attention particulière a été portée aux effets de surface/interface et au rôle de la matrice sur les propriétés mesurées. Après avoir étudié et maitrisé les conditions de dépôt d'alliages a-SiCx:H par PECVD, nous montrons que la nucléation/croissance de nc-Si sur une surface a-Si0,8C0,2 par LPCVD est favorisée en raison de la concentration en Si élevée de la matrice. Des densités surfaciques de nc-Si supérieures à 1012 cm-2 ont ainsi été atteintes, même pour des temps de dépôt courts ou des débits de silane faibles. Ces premiers résultats indiquent la faisabilité de ce type de structure. Une étude approfondie sur le couple nc-Si/nitrure de silicium a ensuite été menée. Les propriétés structurales, optiques et électriques de couches de nitrure contenant des nc-Si ont été caractérisées à partir d'un large éventail de techniques. Après avoir estimé la taille des nc-Si par spectroscopie Raman, la déconvolution des spectres XPS nous a permis d'expliquer les processus de formation des nc-Si lors du recuit et de proposer un modèle pour décrire la structure des interfaces nc-Si/a-Si3N4. Les propriétés optiques des nc-Si ont ensuite été déterminées par ellipsométrie spectroscopique et spectrophotométrie UV-Vis. L'élargissement du gap, le lissage des constantes diélectriques et l'augmentation du coefficient d'absorption aux faibles énergies avec la diminution de la taille des particules suggèrent un effet de confinement quantique au sein des nc-Si. Des mesures de photoluminescence résolue en temps nous ont permis de conclure que l'utilisation d'une matrice de nitrure est peu appropriée à l'étude de l'émission optique des nc-Si en raison des nombreux défauts radiatifs et non radiatifs présents dans la matrice et aux interfaces. Enfin, les mécanismes de transport des porteurs de charge à travers la couche nanocomposite ont été étudiés à partir de mesures courant-tension. En raison de son caractère percolé, la couche se comporte de façon analogue à une couche de Si polycristallin avec une faible concentration de liaisons pendantes du Si. Un effet de photoconduction attribué aux nc-Si est observé, ce qui offre des perspectives de travail intéressantes.
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CE TRAVAIL CONCERNE LES DEPOTS DE NITRURE DE SILICIUM AMORPHE HYDROGENE ASSISTES PAR PLASMA RADIOFREQUENCE, A PARTIR D'UN MELANGE GAZEUX SILANE ET AMMONIAC. L'INFLUENCE DES CONDITIONS OPERATOIRES, TELLES QUE LE RAPPORT DES DEBITS GAZEUX ET LA PUISSANCE, SUR LES PROPRIETES DU MATERIAU, A ETE ANALYSEE. LES CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES DU MATERIAU ONT ETE TOUT D'ABORD ETUDIEES PAR SPECTROSCOPIE INFRAROUGE. LES SPECTRES INFRAROUGES OBTENUS PAR TRANSMISSION DIRECTE ET PAR REFLEXION, POUR DES ANGLES D'INCIDENCE DIFFERENTS ET POUR UNE LUMIERE POLARISEE PARALLELEMENT ET PERPENDICULAIREMENT, SUGGERENT UNE INTERACTION ANISOTROPIQUE FAISCEAU-ECHANTILLON, DUE PROBABLEMENT A DES MODES DE VIBRATION SUR UNE PETITE ECHELLE DE PHONONS: UN MODE PARALLELE LO (1040-1070 CM#-#1), UN MODE PARALLELE ET PERPENDICULAIRE TO (840 CM#-#1). LA SPECTROSCOPIE DE PHOTOELECTRONS PAR RAYONS X ET LES ANALYSES OPTIQUES ONT DONNE DES INFORMATIONS SUR LA COMPOSITION ATOMIQUE ET L'ENVIRONNEMENT CHIMIQUE DANS LE MATERIAU. SOUS UN POURCENTAGE DE SILANE FAIBLE ET/OU SOUS FORTE PUISSANCE, IL APPARAIT QUE L'ON TROUVE PRINCIPALEMENT DES LIAISONS N(SI#3) ET EN MOINDRE QUANTITE DES LIAISONS N-H (H#XN-SI#3#-#X) DANS LES FILMS RICHES EN AZOTE. PAR CONTRE, DANS LES FILMS RICHES EN SILICIUM, ON TROUVE DES TETRAEDRES SI(N#4), DES LIAISONS SI-H ET SI-SI, CES DERNIERES PARAISSANT LIEES AU GAP OPTIQUE. LES PROPRIETES ELECTRIQUES DES FILMS ONT ETE ENSUITE DETERMINEES ET RELIEES AUX CARACTERISTIQUES PRECEDENTES. L'ETUDE DES DENSITES DE CHARGES PIEGEES DANS LE VOLUME DU MATERIAU, DES ETATS D'INTERFACE ET DES PERTES DIELECTRIQUES, A MONTRE QU'IL ETAIT POSSIBLE SOUS CERTAINES CONDITIONS DE SYNTHETISER UN DIELECTRIQUE POSSEDANT TRES PEU DE DEFAUTS. UN MODELE RELATIF AU PIEGEAGE DES CHARGES ET PRENANT EN COMPTE LES DIFFERENTS RESULTATS EXPERIMENTAUX ET BIBLIOGRAPHIQUES, A ETE DISCUTE. LE PROBLEME DE L'ORIGINE DES CHARGES A EGALEMENT ETE SOULEVE
Author: Pio Capezzuto Publisher: Elsevier ISBN: 0080539106 Category : Science Languages : en Pages : 339
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Semiconductors made from amorphous silicon have recently become important for their commercial applications in optical and electronic devices including FAX machines, solar cells, and liquid crystal displays. Plasma Deposition of Amorphous Silicon-Based Materials is a timely, comprehensive reference book written by leading authorities in the field. This volume links the fundamental growth kinetics involving complex plasma chemistry with the resulting semiconductor film properties and the subsequent effect on the performance of the electronic devices produced. - Focuses on the plasma chemistry of amorphous silicon-based materials - Links fundamental growth kinetics with the resulting semiconductor film properties and performance of electronic devices produced - Features an international group of contributors - Provides the first comprehensive coverage of the subject, from deposition technology to materials characterization to applications and implementation in state-of-the-art devices
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ETUDE SPECTROSCOPIQUE DES DIFFERENTS ASPECTS DE LA PHASE AQUEUSE D'UNE DECHARGE LUMINESCENTE BASSE PRESSION DANS UN MELANGE AR/SIH::(4)-N::(2). LES PREMIERS RESULTATS OBTENUS SUR LES DEPOTS DE NITRURE DE SILICIUM AMORPHE HYDROGENE SONT ENSUITE PRESENTES ET QUELQUES POINTS DE SIMILARITE ENTRE LES CARACTERISTIQUES DE LA PHASE GAZEUSE ET LES PROPRIETES DES DEPOTS SONT DONNES
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Outre les applications photoniques et nanoélectroniques, les structures formées de nanoparticules de silicium insérées dans une matrice diélectrique pourraient jouer un rôle important dans le développement de concepts innovants de cellules photovoltaïques dits de 3ème génération, permettant d’atteindre des rendements de conversion largement supérieurs à celui des cellules actuelles (31 %). Néanmoins, les propriétés optoélectroniques de ces nanostructures doivent être maîtrisées de manière à obtenir un matériau de bonne qualité pour les applications photovoltaïques. Le présent travail s’inscrit dans le cadre de l’étude des propriétés optiques, électriques et structurales de nanoparticules de silicium (Np-Si) immergées dans une matrice d’oxyde ou de nitrure de silicium sous forme de couches minces obtenues par différentes techniques de dépôt. Dans un premier temps, les conditions de formation de ces nanostructures dans des couches de nitrure enrichies en silicium déposées par PECVD sont étudiées afin de trouver les conditions de dépôt optimales permettant d’avoir une forte densité de nanoparticules ainsi qu’une taille contrôlée. L’étude de l’influence d’un traitement thermique sur les caractéristiques des Np-Si sera présentée. Afin de contrôler la taille de Np-Si, des structures en multicouches élaborées en utilisant différents procédures de dépôt sont analysées. Les résultats de photoluminescence obtenus sur les multicouches SiO2/SiOx/SiO2 déposées par pulvérisation magnétron permettent de valider les performances de telles structures. Des structures similaires préparées par PECVD en alternant une couche de nitrure stoechiométrique et une couche de nitrure riche en silicium sont aussi étudiées. L’accent est mis particulièrement sur l’analyse des propriétés d’absorption et de transport de charges dans ces nanostructures afin de tester leur efficacité "photovoltaïque" et évaluer la possibilité de réaliser des cellules multijonctions à base de ces nanomatériaux. La dépendance du coefficient d’absorption et du courant photogénéré en fonction de la taille et la densité des Np-Si est ainsi présentée. Une partie de ce travail est dédiée à l’étude de l’effet de dopage sur les propriétés optiques des couches nanocomposites.
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LA PREMIERE PARTIE EST RELATIVE A L'ELABORATION DE COUCHES MINCES DE NITRURE DE SILICIUM PAR LA TECHNIQUE CVD ASSISTEE PAR PLASMA DE DECHARGE EN COURANT CONTINU D'UN MELANGE GAZEUX REACTIF AR-SIH::(4)-N::(2). L'EVOLUTION DU SYSTEME LORSQUE LA CONCENTRATION EN AZOTE CONTINUE DANS LE MELANGE GAZEUX AUGMENTE EST ETUDIEE. LA DEUXIEME PARTIE, COMPLEMENTAIRE, PRESENTE UNE APPROCHE POUR LA COMPREHENSION DE LA REACTIVITE DU SILANE EN POST-DECHARGE D'AZOTE. CETTE PARTIE COMPORTE, OUTRE LA PRESENTATION D'UN AUTRE TYPE DE REACTEUR DE DEPOT DE NITRURE DE SILICIUM, LES PROPOSITIONS DE PROCESSUS REACTIONNELS QUI SONT SUSCEPTIBLES D'APPARAITRE EN PLASME DE DECHARGE AR-SIH::(4)-N::(2)
Author: Giovanni Bruno Publisher: ISBN: 9780121379407 Category : Science Languages : en Pages : 324
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Semiconductors made from amorphous silicon have recently become important for their commercial applications in optical and electronic devices including FAX machines, solar cells, and liquid crystal displays. Plasma Deposition of Amorphous Silicon-Based Materials is a timely, comprehensive reference book written by leading authorities in the field. This volume links the fundamental growth kinetics involving complex plasma chemistry with the resulting semiconductor film properties and the subsequent effect on the performance of the electronic devices produced. Key Features * Focuses on the plasma chemistry of amorphous silicon-based materials * Links fundamental growth kinetics with the resulting semiconductor film properties and performance of electronic devices produced * Features an international group of contributors * Provides the first comprehensive coverage of the subject, from deposition technology to materials characterization to applications and implementation in state-of-the-art devices
Author: Hicham Charifi
Author: Hicham Charifi
Author: Jérémy Barbé
Author: Gisèle Serrano
Author: Pio Capezzuto
Author: Gisèle Serrano
Author: Maria Bensouda
Author: Dominique Duchesne
Author: Béchir Rezgui
Author: Jean-Louis Jauberteau
Author: Giovanni Bruno