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LE CARBONE EN SUBSTITUTION DANS LE SILICIUM DETERMINE UNE DES ETAPES DE L'EVOLUTION DE L'OXYGENE INTERSTITIEL. IL Y A FORMATION DE COMPLEXES QUI EVOLUENT LORS DE TRAITEMENTS THERMIQUES ET DEVIENNENT DONNEURS. A HAUTE TEMPERATURE, LES DONNEURS SI-O::(2) SE DISSOLVENT ET LES COMPLEXES, CARBONE-OXYGENE PIEGENT DAVANTAGE D'OXYGENE. A 600**(O)C, UNE DES FORMES D'EQUILIBRE DES COMPLEXES C-O POSSEDE UN CARACTERE DONNEUR. LES METHODES UTILISEES SONT LA CONDUCTIVITE (METHODES DES 4 POINTES) ET L'ABSORPTION IR
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LE RENDEMENT DE RECUL DE L'OXYGENE EST DE L'ORDRE DE 1 POUR DES IMPLANTATIONS DE DOPANTS CLASSIQUES. L'INTRODUCTION D'OXYGENE SE TRADUIT DURANT LE RECUIT THERMIQUE PAR UN PHENOMENE DE PRECIPITATION ENTRAINANT UNE STABILITE THERMIQUE ACCRUE DES DEFAUTS RESIDUELS ET UN PIEGEAGE DES ATOMES DE DOPANTS. L'INTRODUCTION D'OXYGENE INDUIT AUSSI DES MODIFICATIONS DES PROPRIETES ELECTRIQUES DES COUCHES IMPLANTEES. L'INFLUENCE DU RECUL DE L'OXYGENE DEVRAIT SE MONTRER PARTICULIEREMENT CRITIQUE DANS L'AVENIR AVEC L'EVOLUTION VERS LA HAUTE INTEGRATION DES CIRCUITS
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LES MATERIAUX CRISTALLINS DE SILICIUM SONT TRES DIFFERENTS LES UNS PAR RAPPORT AUX AUTRES, EN RAISON DE LA GRANDE VARIETE DES PROCESSUS DE CROISSANCE ADOPTES PAR LES DIVERS FABRICANTS. LA STRUCTURE CRISTALLINE ET LA TENEUR EN IMPURETES RESIDUELLES VARIENT SUIVANT LE TYPE DE CROISSANCE, LE TYPE DE CREUSET ET DE L'ATMOSPHERE. EN PARTICULIER, LA CONTAMINATION PAR LE CARBONE ET L'OXYGENE SERA TRES DIFFERENTE D'UN MATERIAU A L'AUTRE. L'ETUDE DE L'EVOLUTION DE LA CONCENTRATION DE CES IMPURETES ET DES DUREES DE VIE DES PHOTOPORTEURS, EN FONCTION DE LA TEMPERATURE ET DE LA DUREE DE RECUIT, DES DIFFERENTS CYCLES THERMIQUES, EN FOUR CONVENTIONNEL OU EN FOUR A LAMPES, MONTRE QUE LES CARACTERISTIQUES ELECTRONIQUES (EN PARTICULIER, LA LONGUEUR DE DIFFUSION DES PORTEURS MINORITAIRES L#D), DEPENDENT FORTEMENT DE L'INTERACTION ENTRE LE COUPLE C-O (CARBONE-OXYGENE), LES METAUX DE TRANSITION ET LES DEFAUTS ETENDUS, QUI SONT, EN GRANDE PARTIE RESPONSABLES DE LA RECOMBINAISON. IL VA DE SOI QUE CET EQUILIBRE SERA MODIFIE LORS DES PROCESSUS THERMIQUES INHERENTS A LA FABRICATION DU DISPOSITIF (TRAITEMENT DE GETTERING, FORMATION DE JONCTION, DU CHAMP ARRIERE, PASSIVATION, ETC)
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Ce travail a pour but de comprendre les effets de deux principaux défauts liés à l’oxygène, les complexes bore-oxygène et les donneurs thermiques, sur les propriétés électriques et photovoltaïques du silicium. Plus particulièrement, les interactions des impuretés isovalentes, connues pour modifier la distribution spatiale de l’oxygène, avec ces défauts ont été étudiées. Deux protocoles expérimentaux ont d’abord été développés pour évaluer la dégradation de la durée de vie des porteurs de charge sous éclairement dans le silicium riche en fer. Ensuite, il a été mis en évidence que l’introduction de germanium et d’étain en très grande quantité dans le silicium n’influence pas de façon significative le rendement de conversion des cellules. Cependant, contrairement à ce qui a été récemment avancé dans la littérature, aucune limitation due au co-dopage au germanium ou à l’étain de la dégradation sous éclairement des performances photovoltaïques n’a été observée. Par contre, il a été montré que le carbone entraîne un ralentissement de la dégradation due aux complexes bore-oxygène. Egalement, contrairement à l’étain qui n’influence pas la génération des donneurs thermiques, le germanium conduit à un ralentissement de la formation de ces défauts. Une expression empirique a été proposée pour rendre compte de cet effet, et ce pour une large gamme de teneurs en germanium. Enfin, dans le silicium très dopé et très compensé, la génération des donneurs thermiques est identique au cas du silicium standard. Ceci constitue un résultat marquant puisqu’il permet de valider par l’expérience le fait que la formation des donneurs thermiques est limitée par la teneur en électrons.
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L'étude dynamique de la formation du carbure de silicium (SiC) est réalisée à partir d'interface carbone/silice. Ces multimatériaux précurseurs à SiC sont obtenus en réalisant un revêtement de silice par la méthode sol-gel sur des fibres de carbone de propriétés structurales, superficielles et morphologiques différents. La cinétique de la réaction de carbothermie de 1300 à 1600°C est gouvernée par deux régimes distincts. L'influence de l'ordre structural de surface du substrat carboné est plus particulièrement précisée sur ce mécanisme à travers la notion de sites actifs. Le premier régime est caractéristique d'une réactivité interfaciale directe entre le carbone et la silice. Les sites actifs du carbone gouvernent sa réactivité dans la réaction hétérogène de formation de SiC, et leur qualité a une influence sur la taille des nodules de SiC formés à l'interface. Le deuxième régime met en oeuvre la réaction interfaciale SiC/SiO2 qui conduit à la formation du monoxyde de silicium gazeux intermédiaire (SiO). La cinétique est alors principalement gouvernée par la diffusion de SiO à travers le revêtement du SiC microfissuré jusqu'à la surface du carbone où la réaction se poursuit. Au cours de ce régime, la présence de silice entre les nodules de SiC Freine la diffusion de SiO à l'interface et empêche leur croissance par effet de couche de diffusion. Par ailleurs, l'intervention de SiC dans ce mécanisme engendre l'apparition de défauts structuraux dans l'épaisseur , tandis que l'ordre structural et la texture de SiC formé à l'interface C/SiC sont liés en continu à l'évolution des propriétés superficielles du carbone au cours de sa consommation. Ainsi, l'utilisation de substrats carbonés de propriétés de surface spécifiques associée à la connaissance de ces deux régimes réactionnels pourra à l'avenir être mise à profit sur l'élaboration de matériaux en SiC de structure et texture bien contrôlées.
Author: Eric Dallies-Labourdette Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 176
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L'objectif de ce travail est l'étude des mécanismes de protection de matériaux carbonés contre l'oxydation et plus particulièrement des phénomènes intervenant à l'interface carbone-couche protectrice. La méthode de protection est basée sur un dépôt de silice sur des fibres de carbone obtenu par dépôt chimique en phase vapeur de tétraéthoxysilane à 600°C. La répétition des cycles de dépôts permet d'obtenir des couches de silice continues, de densités apparentes très faibles et dont l'épaisseur est comprise entre 100 et 500 nm. En termes de protection contre l'oxydation, le film de silice joue un rôle important qui se manifeste sous deux formes. Un laps de temps de plusieurs minutes s'écoule avant qu'une perte en masse ne soit enregistrée (la protection est donc quasi totale). Par la suite, la vitesse d'oxydation est fortement ralentie par rapport à un matériau non protégé. La protection provient d'une modification importante des surfaces réactionnelles (surface totale et surface active). L'analyse des propriétés cinétiques montre que la couche de silice joue le rôle, au moins partiellement, d'un agent bloquant la réaction d'oxydation en inhibant les sites actifs ; le rôle d'une barrière de diffusion de l'oxygène peut être négligé. Des considérations thermomécaniques permettent d'expliquer l'influence de l'épaisseur du film de silice et de la température d'oxydation sur la qualité de la protection qui est sensible à l'apparition et à la propagation d'une microfissuration limitant l'utilisation de ce type de protection à des températures inférieures à 1000°C
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LES DEFAUTS ASSOCIES A LA PRECIPITATION DU CARBONE ET DE L'OXYGENE QUI S'INCORPORENT LORS DE LA CROISSANCE DU SILICIUM PAR LA METHODE DE CZOCHRALSKIJ ONT EGALEMENT ETE ETUDIES. LES EFFETS DES TRAITEMENTS THERMIQUES ET DE L'IRRADIATION ELECTRONIQUE ONT ETE EGALEMENT ETUDIES
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Le silicium et l'oxyde de silicium nitrurés présentent de meilleures propriétés diélectriques que l'oxyde de silicium utilisé dans la technologie M.O.S. (métal-oxyde-silicium), d'où l'intérêt de les étudier.La nitruration a été effectuée à pression atmosphérique sous NH3 à haute température (900°C-1100°C) et pendant une durée variant de quelques secondes à 1 ou 2 heures.Pour comprendre le mécanisme de nitruration, nous avons étudié l'influence de plusieurs paramètres de nitruration sur la composition chimique des couches réalisées.La caractérisation physico-chimique a été effectuée par plusieurs technique d'analyse complémentaires telles que : l'analyse par réaction nucléaire, les spectrométries d'électrons Auger et de photoélectrons, la spectroscopie de masse d'ions secondaires et l'ellipsométrie.Nous avons montré que la nitruration du silicium conduit à des couches contenant de l'oxygène. L'épaisseur de ces dernières augmente avec le temps et la température de nitruration mais saturent après une heure (80 A à 1100°C).L'oxyde de silicium nitruré (oxynitrure) présente une surface riche en azote par rapport au volume avec l'existence d’un pic d'azote près de l'inter- face avec le silicium.Nous avons observé ce pic dès 30 secondes pour un oxyde de 450 A, ce qui signifie un coefficient de diffusion de 3.10-13 cm2/s. Le coefficient de diffusion diminue rapidement, atteint 10-15 cm2/s dès 10 minutes de nitruration. L'incorporation de l'azote dans la couche d'oxyde s'accompagne d'une diminution de la quantité d'oxygène. Le mécanisme de transport atomique de l'oxygène pendant la nitruration a été étudié en utilisant des oxydes isotopiques.Un modèle du mécanisme de nitruration a été proposé.Les mesures capacité-tension à 1 MHZ ont permis de déterminer l'évolution de la tension de bande plate et de la quantité de charges dans la couche.Nous avons mis en évidence les propriétés de barrière à l'oxydation des oxynitrures réalisés.
Author: JOCELYNE.. LEROUEILLE
Author: Hubert Compain
Author: Béatrice Biasse
Author: KHALID.. MAHFOUD
Author: Florent Tanay
Author: Isabelle Alix
Author: Ferdinand Gautier
Author: Eric Dallies-Labourdette
Author: Azzedine Lazrak
Author: Allal Serrari