ETUDE DES EFFETS DES TRAITEMENTS THERMIQUES RAPIDES ET CONVENTIONNELS DANS LES SILICIUM POLYCRISTALLINS PAR ANALYSE DU COURANT INDUIT PAR FAISCEAU LASER PDF Download
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NOUS AVONS SIMULE LES PROFILS DU COURANT INDUIT PAR FAISCEAU LASER (LBIC) AU VOISINAGE D'UN JOINT DE GRAINS ET D'UNE JONCTION PARALLELE A LA SURFACE EN UTILISANT LES MODELES DE MAREK ET IOANNOU. NOUS POUVONS ALORS DETERMINER LA VITESSE DE RECOMBINQISON V#S AU JOINT ET LA LONGUEUR DE DIFFUSION L DANS LES GRAINS. CES DEUX MODELES ONT ETE APPLIQUES POUR ETUDIER L'EVOLUTION DE L'ACTIVITE ELECTRIQUE DES BICRISTAUX SIGMA 9 ET 13 AVEC LES DIFFERENTS TRAITEMENTS THERMIQUES. SIGMA 9 RESTE TOUJOURS INACTIF. PAR CONTRE, SIGMA 13 DEVIENT ACTIF APRES UN TRAITEMENT DE 24 H A 850 C. UNE AUGMENTATION DE V#S AVEC LA POLARISATION INVERSE DE L'ECHANTILLON A ETE OBSERVEE, CE QUI CONFIRME LA PRESENCE D'UNE BARRIERE DE POTENTIEL AU JOINT. D'AUTRE PART, NOUS AVONS SUIVI L'EVOLUTION DE L DANS LE SILICIUM POLYCRISTALLIN "POLIX" PENDANT LE PROCESSUS DE FABRICATION DE CELLULES SOLAIRES. UNE NETTE AMELIORATION (80%) A ETE OBSERVEE APRES LA FORMATION DE LA JONCTION. UN AUTRE PHENOMENE REMARQUABLE EST L'AUGMENTATION DE L APRES LE DEPOT DE LA COUCHE ANTIREFLET. CECI A ETE INTERPRETE PAR LA SEGREGATION DE TITANE AUX DISLOCATIONS, VIA LES LIAISONS TI-O. L'INFLUENCE DES DIFFERENTES CONDITIONS DE RECUIT RAPIDE ISOTHERME SUR L A ETE AUSSI ETUDIEE. NOUS AVONS OBSERVE, POUR TOUTES LES TEMPERATURES SAUF 400 ET 500 C, UNE DEGRADATION DE L SUIVIE PAR UN EFFET DE RESTAURATION. SEULS LES RECUITS A 400 ET 500C N'ONT PAS D'EFFET NEFASTE SUR L. CE TRAVAIL A ETE COMPLETE PAR LA REALISATION DE CARTOGRAPHIES NUMERIQUES, EN FAUSSES COULEURS, METTANT EN EVIDENCE LES VARIATIONS LOCALES DES PROPRIETES DE TRANSPORT
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NOUS AVONS SIMULE LES PROFILS DU COURANT INDUIT PAR FAISCEAU LASER (LBIC) AU VOISINAGE D'UN JOINT DE GRAINS ET D'UNE JONCTION PARALLELE A LA SURFACE EN UTILISANT LES MODELES DE MAREK ET IOANNOU. NOUS POUVONS ALORS DETERMINER LA VITESSE DE RECOMBINQISON V#S AU JOINT ET LA LONGUEUR DE DIFFUSION L DANS LES GRAINS. CES DEUX MODELES ONT ETE APPLIQUES POUR ETUDIER L'EVOLUTION DE L'ACTIVITE ELECTRIQUE DES BICRISTAUX SIGMA 9 ET 13 AVEC LES DIFFERENTS TRAITEMENTS THERMIQUES. SIGMA 9 RESTE TOUJOURS INACTIF. PAR CONTRE, SIGMA 13 DEVIENT ACTIF APRES UN TRAITEMENT DE 24 H A 850 C. UNE AUGMENTATION DE V#S AVEC LA POLARISATION INVERSE DE L'ECHANTILLON A ETE OBSERVEE, CE QUI CONFIRME LA PRESENCE D'UNE BARRIERE DE POTENTIEL AU JOINT. D'AUTRE PART, NOUS AVONS SUIVI L'EVOLUTION DE L DANS LE SILICIUM POLYCRISTALLIN "POLIX" PENDANT LE PROCESSUS DE FABRICATION DE CELLULES SOLAIRES. UNE NETTE AMELIORATION (80%) A ETE OBSERVEE APRES LA FORMATION DE LA JONCTION. UN AUTRE PHENOMENE REMARQUABLE EST L'AUGMENTATION DE L APRES LE DEPOT DE LA COUCHE ANTIREFLET. CECI A ETE INTERPRETE PAR LA SEGREGATION DE TITANE AUX DISLOCATIONS, VIA LES LIAISONS TI-O. L'INFLUENCE DES DIFFERENTES CONDITIONS DE RECUIT RAPIDE ISOTHERME SUR L A ETE AUSSI ETUDIEE. NOUS AVONS OBSERVE, POUR TOUTES LES TEMPERATURES SAUF 400 ET 500 C, UNE DEGRADATION DE L SUIVIE PAR UN EFFET DE RESTAURATION. SEULS LES RECUITS A 400 ET 500C N'ONT PAS D'EFFET NEFASTE SUR L. CE TRAVAIL A ETE COMPLETE PAR LA REALISATION DE CARTOGRAPHIES NUMERIQUES, EN FAUSSES COULEURS, METTANT EN EVIDENCE LES VARIATIONS LOCALES DES PROPRIETES DE TRANSPORT
Author: Olga Maslova Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Les travaux développés dans cette thèse sont dédiés à l'étude des propriétés électroniques de diodes Schottky de silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H) et d'hétérojonctions entre silicium amorphe hydrogéné et silicium cristallin, a-Si:H/c-Si au moyen de spectroscopies de capacité de jonctions.Lors de la fabrication des cellules solaires à haut rendement plusieurs paramètres d'une hétérojonction a-Si:H/c-Si doivent être considérés. Premièrement, la densité d'états dans le gap du a-Si:H est d'une grande importance car il s'agit de défauts qui favorisent le piégeage et la recombinaison de porteurs. Deuxièmement, la détermination des désaccords des bandes entre la couche amorphe et la couche cristalline est indispensable puisque ceux-ci contrôlent le transport à travers la jonction et déterminent la courbure des bandes dans c-Si, ce qui va notamment influencer la recombinaison des porteurs sous lumière, donc la tension de circuit ouvert des cellules. Cette thèse a pour but d'étudier la spectroscopie de capacité comme technique d'analyse de paramètres clés pour les dispositifs à hétérojonctions de silicium : la densité d'états dans le a-Si:H et les désaccords des bandes entre a-Si:H et c-Si.La première partie est dédiée à l'étude de la capacité de diodes Schottky. Nous nous concentrons sur un traitement simplifié de la capacité en fonction de la température et de la fréquence reposant sur une expression analytique obtenue par une résolution approchée de l'équation de Poisson. Ce traitement permet en principe d'extraire la densité d'états au niveau de Fermi dans le a-Si:H et la fréquence de saut des électrons depuis un état localisé au niveau de Fermi vers la bande de conduction. En appliquant ce traitement simplifié à la capacité calculée sans approximation à l'aide de deux logiciels de simulation numérique, nous montrons que sa fiabilité et sa validité dépendent fortement de la distribution des états localisés dans la bande interdite du a-Si:H et de la position du niveau de Fermi. Puis nous abordons l'étude de la capacité des hétérojonctions entre a-Si:H de type p et c-Si de type n, et nous mettons particulièrement en avant l'existence d'une couche d'inversion forte à l'interface dans le c-Si, formant un gaz bidimensionnel de trous. Dans une première partie, nous présentons une étude par simulation numérique de la dépendance de la capacité en fonction de la température, pour laquelle un ou deux échelons peuvent être mis en évidence à basse température. Leur analyse montre qu'un des ces échelons est attribué à l'activation de la réponse de la charge dans le a-Si:H, alors que l'autre, présentant une énergie d'activation plus grande, est lié à la modulation de la concentration des trous dans la couche d'inversion forte, lorsque celle-ci existe. On présente ensuite une discussion de résultats expérimentaux. Le régime quasi-statique de la capacité fait ainsi l'objet d'une discussion. Nous mettons en relief le fait que l'approximation de la zone de déplétion ne permet pas de reproduire cette augmentation de la capacité en fonction de la température. Du fait de l'existence de la couche d'inversion forte, la chute de potentiel dans la zone de déplétion du c-Si est plus faible que la valeur déterminée par le calcul attribuant toute la chute de potentiel à la zone de déplétion. Par conséquent, cette approximation conduit à sous-estimer la capacité ainsi que son augmentation avec la température. Nous présentons alors un calcul analytique complet qui tient compte à la fois de la distribution particulière du potentiel dans le a-Si:H, et des trous dans le c-Si dont la contribution à la concentration totale de charges n'est pas négligeable dans la couche d'inversion forte. Le calcul analytique complet permet de bien reproduire les résultats expérimentaux de capacité en fonction de la température; ceci confirme la présence de la couche d'inversion forte dans les échantillons étudiés.
Author: Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages :
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La présente thèse est dédiée à l'étude de la dynamique des processus à plusieurs photons dans les hétérostructures à semi-conducteurs. Une description de la dépendance temporelle est importante pour une compréhension détaillée de la réponse transitoire de semi-conducteurs excités par des impulsions optiques ultracourtes. Dans la première partie de la thèse, nous développons un modèle phénoménologique basé sur un ensemble d'équations de bilan, afin d'étudier le gain à deux photons dégénérés dans une microcavité à semi-conducteurs. L'amplification prédite par le modèle est relativement faible (~2%) et limitée principalement par la relaxation intra-bande des porteurs, qui débouche sur une saturation rapide. Dans la seconde partie, nous développons une théorie générale pour la dynamique des processus à plusieurs photons dans les semi-conducteurs. Elle permettra d'accéder à des effets complexes, liés à la cohérence entre les bandes, qui ne sont pas inclus dans les habituels coefficients d'absorption ou susceptibilités. Dans ce contexte, nous dérivons un ensemble d'équations de Bloch effectives à plusieurs bandes, incluant des processus résonants à plusieurs photons induits par deux impulsions électromagnétiques linéairement polarisées, de fréquence ω1 et ω2, avec ħω1 et 2ħω2 proches de l'énergie de la bande interdite (ou "gap"). L'approche proposée présente essentiellement deux avantages. Premièrement, la description de la dynamique est restreinte à un nombre limité de bandes. Toutefois, les bandes éliminées ne sont pas négligées, mais includes de manière consistante dans les processus d'ordre supérieur. Deuxièmement, toutes les quantités apparaissant dans les équations de Bloch effectives varient sur la même échelle de temps, ce qui permet une intégration numérique beaucoup plus efficace. Le courant de polarisation dépendant du temps, ainsi que certaines susceptibilités, sont dérivés de manière consistante avec les approximations précédentes, et sont discut.
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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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CET OUVRAGE EST PRESENTE EN CINQ PARTIES PRINCIPALES. APRES UNE INTRODUCTION ET A UNE MOTIVATION DU RECUIT THERMIQUE RAPIDE (RTR) POUR LE PHOTOVOLTAIQUE, UN DEUXIEME CHAPITRE TRAITANT LES PARAMETRES CRITIQUES D'UNE JONCTION SUPERFICIELLE ET SON OPTIMISATION, EN RESPECTANT LES PHENOMENES DE FORT DOPAGE EST PRESENTE. LES INFLUENCES DU RTR SUR LES PARAMETRES INTERNES DE LA CELLULE, TELS QUE LA DUREE DE VIE DES PORTEURS MINORITAIRES, L'EFFET GETTER ET L'EVOLUTION DES PROFILS DE DIFFUSION SONT ENSUITE OBSERVE. UN TROISIEME CHAPITRE CONCERNE LES EFFETS DU TRANSFERT OPTIQUE DE LA CHALEUR. DANS UN PREMIER TEMPS L'EFFET DES COURTES LONGUEURS D'ONDE ET EN PARTICULIER DES ULTRAVIOLETS SUR LA DIFFUSION DE PHOSPHORE EST MIS EN EVIDENCE. UNE ETUDE APPROFONDIE LIMITE L'EFFET DE CEUX CI A LA SOURCE DE DOPANT OU L'INTERFACE SOURCE/SILICIUM. DANS UN DEUXIEME TEMPS L'INFLUENCE THERMIQUE DE L'EMISSIVITE REDUITE D'UNE COUCHE D'ALUMINIUM DEPOSEE SUR LA FACE ARRIERE DU SILICIUM EST DISCUTEE. UN QUATRIEME CHAPITRE PRESENTE LA REALISATION ET ANALYSE DE CELLULES PHOTOVOLTAIQUES PAR RTR. DIFFERENTES METHODES DE PASSIVATION DE SURFACE SONT DISCUTEES ET ANALYSEES SUR DES SUBSTRATS EN SILICIUM MONO-CRISTALLIN ET MULTI-CRISTALLIN A L'AIDE DU RENDEMENT QUANTIQUE INTERNE DES CELLULES. LES VITESSES DE RECOMBINAISONS EN SURFACE, AINSI QUE LA LONGUEUR DE DIFFUSION DES PORTEURS MINORITAIRES DANS LA BASE EN SONT DEDUITS. LES RESULTATS THEORIQUES DE COURANT DE SATURATION DE L'EMETTEUR ET SON APPLICATION A LA REALISATION DE CELLULES ONT PERMIS D'OBTENIR UN RENDEMENT DE CONVERSION RECORD A CETTE DATE DE 17,5%. FINALEMENT UN DERNIER CHAPITRE ANALYSE LA POSSIBILITE D'UNE AUGMENTATION DU RENDEMENT DE CONVERSION PAR UN DOPAGE SELECTIF DE LA FACE AVANT. UNE APPROCHE PAR DES SIMULATIONS BIDIMENSIONNELLE EST PROPOSEE, AFIN D'APPRECIER L'ESPERANCE DE GAIN DE RENDEMENT PAR UN EMETTEUR SELECTIF. LES SPECIFICITES DU RTR SONT FINALEMENT EXPLOITEES AFIN DE REALISER CE GENRE DE STRUCTURE EN UN SEUL CYCLE THERMIQUE.
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L'objectif de ce travail de thèse est l'élaboration du silicium polycristallin en phase liquide, sur substrat de verre borosilicate, en utilisant l'irradiation par laser continu de forte puissance d'un film de silicium amorphe. Des simulations numériques modélisant l'interaction laser-silicium amorphe ont été effectuées grâce à un modèle que nous avons développé sur l'outil COMSOL. Nous avons ainsi pu suivre l'évolution des transferts thermiques dans les différentes structures Si/verre irradiées par laser et ainsi pu évaluer l'impact des paramètres expérimentaux tels que la vitesse de balayage, la puissance du laser, la température du substrat sur les seuils de transition de phase du Si amorphe (fusion, cristallisation, évaporation). Ces résultats de simulation ont été confrontés à des données réelles obtenues en réalisant différentes expériences d'irradiation de films Si amorphe. Les résultats de cette comparaison ont été largement discutés. Dans une deuxième partie, nous avons étudié les propriétés structurales et morphologiques de films Si polycristallin obtenus par l'irradiation laser de films Si amorphe. En particulier, nous avons mis en évidence les effets de la présence d'impuretés tels que l'hydrogène ou l'argon présent dans les couches Si amorphe préalablement au traitement laser. Nous avons également montré que la croissance des cristaux silicium s'opère par épitaxie à partir d'un effet de gradient thermique latéral et longitudinal, produit respectivement par le profil énergétique du faisceau laser et la diffusion thermique par conduction, et par convection thermique dans la direction de balayage. L'optimisation des conditions opératoires nous a permis de réaliser des films Si polycristallin à larges grains, jusqu'à plusieurs centaines de μm de long sur plusieurs dizaines de μm de large. Ces structures sont très intéressantes pour des applications en électronique et en photovoltaïque.
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RAPPEL DU PRINCIPE DE L'IMPLANTATION IONIQUE, EN INSISTANT PARTICULIEREMENT SUR LE PROCESSUS DE CREATION DE DEFAUTS ET SUR LEUR REPARTITION DANS LA COUCHE BOMBARDEE. ETUDE DES MECANISMES DE RECUIT THERMIQUE, RECUIT PAR LASER A FAISCEAU CONTINU, RECUIT PAR FAISCEAU LASER PULSE ET RECUIT PAR PULSE THERMIQUE. ETUDE DE L'ETAT DE SURFACE DU MATERIAU ET DE L'ETAT CRISTALLIN DES COUCHES RECUITES. CARACTERISATION ELECTRIQUE DES JONCTIONS P/N ET ANALYSE DE L'ALBUM DES COURBES I/V
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DESCRIPTION DU SILICIUM POLYCRISTALLIN UTILISE A L'HEURE ACTUELLE DANS LA FABRICATION DES PHOTOPILES ET EN PARTICULIER DU SILICIUM RAD (RIBBON AGAINST DROP). LA QUALITE DES PHOTOPILES FABRIQUEES A PARTIR DE CES CRISTAUX DEPEND A LA FOIS DES DEFAUTS PRESENTS DANS LE MATERIAU DE BASE ET DES DEFAUTS SUPPLEMENTAIRES CREES LORS DES TRAITEMENTS THERMIQUES ULTERIEURS A LA CROISSANCE. ETUDE PAR MICROSCOPIE ELECTRONIQUE EN TRANSMISSION DES DEFAUTS CREES DANS LE VOLUME LORS DE L'ETAPE DE BRULAGE DU SUPPORT DANS L'OXYGENE ET DES DEFAUTS INDUITS PAR LE PROCESSUS D'ELABORATION DE LA JONCTION N**(+)/P PAR DIFFUSION DU PHOSPHORE (SOURCE POCL::(3))
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La technologie Smart Cut est un procédé d’élaboration de films minces et de substrats SOI basé sur l’implantation ionique d’ions légers dans le matériau (H+). Lors d’un traitement thermique, les défauts étendus hydrogénés nucléés durant l’implantation se développent, conduisant à la formation d’une ligne de fissuration dans le matériau et au transfert du film mince. Les travaux de thèse ont consisté à étudier l’étape de rupture du silicium liée au developpement de ces défauts structuraux sous activation thermique. Les mécanismes physico-chimiques clés impliqués dans la rupture du silicium ont pu être décrits ou quantifiés. Ils ont permis de mettre en évidence un mécanisme global de transfert de films minces et les différents modes de croissance des défauts étendus hydrogénés. Suite à l’analyse du silicium implanté et recuit, des modèles permettant de prévoir le développement des micro-fissures et d’optimiser la technologie Smart Cut ont été proposés.
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DANS CE TRAVAIL, NOUS NOUS SOMMES INTERESSES AUX MECANISMES DE RESTRUCTURATION DE COUCHES DE SILICIUM FORTEMENT ENDOMMAGEES PAR L'IMPLANTATION A L'ARSENIC. LES ECHANTILLONS CARACTERISES ONT ETE ELABORES A PARTIR D'UN SUBSTRAT DE SILICIUM 100 DE TYPE P BOMBARDE, A LA TEMPERATURE AMBIANTE, AVEC UN FAISCEAU D'IONS D'ARSENIC ACCELERE A 200 KEV. EN FAISANT VARIER LA DOSE D'IMPLANTATION, NOUS AVONS PU METTRE EN EVIDENCE, A L'AIDE DE LA MICROSCOPIE ELECTRONIQUE, LA TRANSITION CRISTAL-AMORPHE LORSQUE LA DOSE D'IMPLANTATION EST SUPERIEURE A LA DOSE CRITIQUE D'AMORPHISATION. LA COMBINAISON DE PLUSIEURS METHODES DE CARACTERISATION ELECTRIQUES ET PHYSIQUES NOUS A PERMIS D'ETUDIER L'EFFET DU RECUIT THERMIQUE POST-IMPLANTATION SUR LES PROPRIETES ELECTRIQUES ET STRUCTURALES DE CE MATERIAU. LA CORRELATION DES RESULTATS ISSUS DE CES DIFFERENTES METHODES A RENDU POSSIBLE LA MISE EN EVIDENCE D'UN PHENOMENE D'ACTIVATION ELECTRIQUE DES IMPURETES APRES RECUIT A BASSE TEMPERATURE INTERVENANT INDEPENDAMMENT DE LA RECRISTALLISATION DE LA COUCHE AMORPHE. L'ANALYSE DETAILLEE DE CE PHENOMENE A DEMONTRE QU'IL SE PRODUIT PAR UN PROCESSUS DE RELAXATION LOCALE CARACTERISEE PAR UNE FAIBLE ENERGIE D'ACTIVATION. L'ETUDE DE L'EFFET DU RECUIT THERMIQUE SUR LES PROPRIETES STRUCTURALES DES COUCHES DE SILICIUM DESORDONNE A PERMIS DE CONCLURE QUE LA MIGRATION DES DEFAUTS PONCTUELS ET DE LEURS COMPLEXES EST A L'ORIGINE DE LA RELAXATION LOCALE
Author: KHALED.. MASRI
Author: KHALED.. MASRI
Author: Olga Maslova
Author: 
Author: KHALID.. MAHFOUD
Author: SEBASTIEN.. NOEL
Author: Zabardjade Said-Bacar
Author: PIERRE.. RUTERAMA
Author: TOUNES.. MOUDDA AZZEM
Author: Sébastien Personnic
Author: Jumana Boussey