Microstructures en silicium polycristallin déposé sur verre. Application à la réalisation et la caractérisation de transistors en couche mince à grille suspendue PDF Download
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Ce travail est consacré à la réalisation, par micro-usinage de surface sur substrat de verre, de transistors en couches minces à grille suspendue (TFTs à air-gap). L'ensemble grille suspendue - couche active est réalisé en couches minces de polysilicium. La première partie de ce travail traite l'optimisation du procédé de fabrication des micro-ponts en polysilicium. La clé de voûte du procédé est un recuit de cristallisation du silicium structurel vers 570 ʿC - 600 ʿC, associé à l'utilisation de germanium comme couche sacrificielle. Dans la deuxième partie, des transistors à air-gap ont été réalisés en utilisant une couche sacrificielle de 500 nm d'épaisseur. Après libération, les transistors ont présenté de bonnes performances avec une pente sous le seuil et une tension de seuil de l'ordre de 0,7 V/dec et 6 V respectivement. L'effet de l'ambiance sur les caractéristiques de ces transistors à air-gap, a été étudié en troisième partie. Enfin, un modèle est proposé afin d'expliquer le comportement électrique du transistor sous l'effet de différentes ambiances.
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Ce travail est consacré à la réalisation, par micro-usinage de surface sur substrat de verre, de transistors en couches minces à grille suspendue (TFTs à air-gap). L'ensemble grille suspendue - couche active est réalisé en couches minces de polysilicium. La première partie de ce travail traite l'optimisation du procédé de fabrication des micro-ponts en polysilicium. La clé de voûte du procédé est un recuit de cristallisation du silicium structurel vers 570 ʿC - 600 ʿC, associé à l'utilisation de germanium comme couche sacrificielle. Dans la deuxième partie, des transistors à air-gap ont été réalisés en utilisant une couche sacrificielle de 500 nm d'épaisseur. Après libération, les transistors ont présenté de bonnes performances avec une pente sous le seuil et une tension de seuil de l'ordre de 0,7 V/dec et 6 V respectivement. L'effet de l'ambiance sur les caractéristiques de ces transistors à air-gap, a été étudié en troisième partie. Enfin, un modèle est proposé afin d'expliquer le comportement électrique du transistor sous l'effet de différentes ambiances.
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CE TRAVAIL EST CONSACRE A LA FABRICATION DE COUCHES DE SILICIUM-GERMANIUM NON DOPE DEPOSEES PAR LPCVD (LOW PRESSURE CHEMICAL VAPOR DEPOSITION). L'OBJECTIF FINAL EST DE SAVOIR SI DE TELLES COUCHES PEUVENT SERVIR DANS LE MONDE DE LA MICROELECTRONIQUE (C'EST-A-DIRE S'INTEGRER DANS DES DISPOSITIFS ELECTRONIQUES EN TANT QUE COUCHES ACTIVES) DANS LE BUT PAR EXEMPLE DE DIMINUER LE BUDGET THERMIQUE. UNE PREMIERE PARTIE EST DONC CONSACREE A LA FABRICATION DES COUCHES EN UTILISANT COMME GAZ DU SILANE ET DU GERMANE DILUE DANS L'HYDROGENE. NOUS AVONS ALORS ETUDIE L'INFLUENCE SUR LES VITESSES DE CROISSANCE AINSI QUE SUR LEUR ENERGIE D'ACTIVATION DES FLUX DE GAZ, DE LA PRESSION TOTALE DANS LE FOUR DE DEPOT, DE LA TEMPERATURE ET DE L'INCORPORATION DE GERMANIUM DANS LES COUCHES. IL S'AVERE QUE LA PRESENCE DE GERMANIUM MODIFIE LES CINETIQUES DE DEPOT ET IL S'ENSUIT, DANS NOTRE GAMME D'ETUDE, QUE LA VITESSE EST MULTIPLIEE PAR UN FACTEUR ALLANT JUSQU'A 5 PAR RAPPORT A DES DEPOTS DE SILICIUM. DANS UNE SECONDE PARTIE, NOUS NOUS INTERESSONS AUX CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES DE CES COUCHES. LA CRISTALLISATION DES COUCHES DEPOSEES AMORPHES EST D'ABORD ETUDIEE. ENSUITE, L'ETUDE ELECTRIQUE NOUS MONTRE QUE, SELON LES CONDITIONS DE REALISATION DES FILMS, DES RESISTIVITES SUR UNE GAMME DE QUELQUES 10 .CM A 10 5 .CM SONT OBTENUES. ON A CONCLU A LA PRESENCE D'UNE DISTRIBUTION D'ETATS ACCEPTEURS DANS LA BANDE INTERDITE. CETTE DISTRIBUTION, CERTAINEMENT DUE AU GERMANIUM, PROVOQUE UNE DISPERSION SUR LES CARACTERISTIQUES DES FILMS DEPOSES AMORPHES PUIS RECUITES. L'ULTIME PARTIE CONSISTE A FABRIQUER DES TRANSISTORS EN COUCHES MINCES AVEC DU SILICIUM-GERMANIUM COMME COUCHE ACTIVE. IL S'AVERE QUE LES RESULTATS RESTENT INSUFFISANTS PAR RAPPORT A CEUX QUE L'ON
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CE MEMOIRE EST CONSACRE A LA CRISTALLISATION PAR RECUIT RAPIDE DE COUCHES MINCES DE SILICIUM AMORPHE DEPOSEES SUR VERRE, DANS LA PERSPECTIVE DE LA FABRICATION DE TRANSISTORS EN SILICIUM POLYCRISTALLIN. LA PREMIERE PARTIE DE CE TRAVAIL EST CONSACREE A LA MISE AU POINT D'UN MODELE COMPLET DES MECANISMES D'ECHAUFFEMENT DANS UN FOUR DE RECUIT RAPIDE, AINSI QUE D'UN OUTIL DE SIMULATION ASSOCIE, QUI PERMET DE PREVOIR LE COMPORTEMENT THERMIQUE DE L'ECHANTILLON. LA SECONDE PARTIE DE CE TRAVAIL PORTE SUR LA DETERMINATION, GRACE AUX OUTILS DEVELOPPES DANS LA PREMIERE PARTIE, DES PARAMETRES EXPERIMENTAUX DU RECUIT RAPIDE QUI PERMETTENT D'OBTENIR UNE CRISTALLISATION UNIFORME. UN DES PROBLEMES MAJEURS DE LA CRISTALLISATION DU SILICIUM AMORPHE SUR VERRE EST LA DEFORMATION DIMENSIONNELLE DES SUBSTRATS AU COURS DU RECUIT. LE TRAVAIL MONTRE QU'EN OPTIMISANT LES VITESSES D'ECHAUFFEMENT ET DE REFROIDISSEMENT, UN RECUIT EFFECTUE A UNE TEMPERATURE SUPERIEURE A LA TEMPERATURE DE TENSION TS DU VERRE PEUT MINIMISER LES DEFORMATIONS. LES CONDITIONS OPTIMISEES SONT APPLIQUEES A LA REALISATION DES TRANSISTORS. LES CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES MESUREES (MOBILITE D'EFFET DE CHAMP DANS LA GAMME 20-30 CM2/V.S) SONT EQUIVALENTES A CELLES OBTENUES PAR RECUIT CONVENTIONNEL, Y COMPRIS POUR UNE TAILLE DE SUBSTRAT DE 100 100 MM
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CE TRAVAIL EST CONSACRE A L'AMELIORATION D'UN PROCEDE TECHNOLOGIQUE DE FABRICATION DE TRANSISTORS EN COUCHES MINCES (TCM) DE SILICIUM POLYCRISTALLIN A BASSE TEMPERATURE ( 600 \C). LE BUT VISE EST D'OBTENIR DES TRANSISTORS PRESENTANT DES CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES COMPATIBLES AVEC DES APPLICATIONS EN VISUALISATION SANS AVOIR RECOURS A UNE ETAPE D'HYDROGENATION. UNE PREMIERE PARTIE TRAITE DE LA REALISATION DE TCM CRISTALLISES EN PHASE SOLIDE. CES TRANSISTORS SONT OBTENUS A PARTIR DE DEUX COUCHES DE SILICIUM, L'UNE NON DOPEE SERVANT DE COUCHE ACTIVE, L'AUTRE DOPEE POUR LES ZONES DE SOURCE ET DE DRAIN. UNE ETUDE A MONTRE QU'UNE AUGMENTATION DE LA PRESSION DE DEPOT DU SILICIUM DE 10 A 90 PA, ACCOMPAGNEE D'UN PLASMA D'OXYGENE POUR L'ETAPE DE PREPARATION DE LA SURFACE DE LA COUCHE ACTIVE, ONT CONDUIT A UN ACCROISSEMENT DE LA MOBILITE D'EFFET DE CHAMP DE 33 A 63 CM 2/V.S, A UNE DIMINUTION DE LA PENTE SOUS LE SEUIL DE 1,13 A 0,96 V/DEC ET DE LA TENSION DE SEUIL DE 5 A 2 V. UNE MODIFICATION DE LA STRUCTURE DU TRANSISTOR A ETE REALISEE EN DEPOSANT LES COUCHES DE SILICIUM LORS D'UN SEUL DEPOT PERMETTANT D'ELIMINER L'INTERFACE ENTRE LA COUCHE ACTIVE ET LES ZONES DE SOURCE ET DE DRAIN. CETTE MODIFICATION A PERMIS D'OBTENIR DES TRANSISTORS PRESENTANT DE TRES BONNES PERFORMANCES : S = 0,6 V/DEC, V T H = 1,2 V ET F E 100 CM 2/V.S. UNE ETUDE DE VIEILLISSEMENT A ETE MENEE SUR CES TRANSISTORS. UNE SECONDE PARTIE TRAITE DE LA CRISTALLISATION EN PHASE LIQUIDE PAR UN RECUIT LASER DE LA COUCHE ACTIVE DES TRANSISTORS. NOUS UTILISONS UN LASER DE GRANDE SURFACE DONT L'IMPACT COUVRE 5 5 CM 2. LA DENSITE D'ENERGIE VARIE DE 350 A 550 MJ/CM 2 ET LE NOMBRE D'IMPACTS DE 1 A 10. CETTE PREMIERE ETUDE A MIS EN EVIDENCE QU'UNE DENSITE D'ENERGIE DE 550 MJ/CM 2 ET 10 IMPACTS, DONNENT LES MEILLEURS RESULTATS, A SAVOIR, UNE MOBILITE DE 140 CM 2/V.S, UNE PENTE SOUS LE SEUIL DE 0,35 V/DEC ET UNE TENSION DE SEUIL DE 3V. LA PRESENCE D'UNE COUCHE ANTIREFLET DE SIO 2 SUR LE FILM A CRISTALLISER A PERMIS D'AUGMENTER L'EFFICACITE DU LASER.
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Ce travail de thèse est consacré à la mise au point d'une technologie de cristallisation de silicium, déposé sur verre, à l'aide d'un laser argon continu. L'objectif est d'obtenir des couches de polysilicium possédant des propriétés électriques optimales en vue de leur utilisation pour la fabrication de transistors en couches minces. Une grande partie de ce travail a donc consisté à développer la technologie de cristallisation laser, par le passage en phase liquide du silicium déposé. Une optimisation du procédé a conduit à l'obtention de grains présentant une taille pouvant atteindre plusieurs dizaines de microns. Les premiers transistors fabriqués possèdent néanmoins un courant à létat bloquant trop élevé. La solution qui semble la mieux adaptée pour s'affranchir de ce problème consiste à cristalliser la couche de silicium à laide d'un double recuit, en phase solide. La mobilité des transistors fabriqués selon cette méthode atteint 145 cm2/V.s avec une dispersion n'excédant pas 7 %.
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Durant cette thèse, nous nous sommes intéressés à la fabrication de transistors en couches minces de silicium amorphe, microcristallin ou cristallisé par laser. La première phase du travail concerne l'étude de la cristallisation de la couche active des transistors par un laser continu Nd : Yag. Les couches cristallisées avec une énergie E = 3.64 W, ont des grains de taille maximale. Les transistors de type N présentent des mobilités d'environ 630 cm2/V.s. Cependant, ces transistors présentent une grande dispersion de la mobilité de l'ordre de 15% et surtout une variation aléatoire, inacceptable, du courant inverse d'un transistor à son voisin. L'énergie de 3.12 W semble être le meilleur compromis possible entre une bonne mobilité et une homogénéité acceptable, de l'ordre de 5%. Elle aboutit à une mobilité de 390 cm2/V.s. La taille des grains issus de cette cristallisation, induit des performances différentes des transistors selon leur orientation par rapport au balayage du laser. Les transistors parallèles présentent une mobilité moyenne de 390 cm2/V.s alors que les transistors perpendiculaire voient la mobilité chuter à 240 cm2/V.s.Dans la seconde partie de ce travail nous somme intéressés à la faisabilité de transistors stables fabriqués à basse température. Les transistors réalisés avec des couches de silicium amorphe déposé par filament chaud donnent des résultats intéressants particulièrement une grande mobilité d'effet de champ ((= 1.3 cm2/V·s). Ils sont par contre aussi instables que les habituels transistors au silicium amorphe. Par contre les transistors fabriqués à partir de silicium microcristallin présentent une très bonne stabilité. De très grandes mobilités d'électrons (40 cm2/V·s) sont obtenues avec des transistors réalisés à partir de couches micrcristallines déposées aussi bien par filament chaud que par PECVD. Ces résultats confirment la possibilité d'utiliser le silicium microcristallin comme alternative au silicium amorphe dans les écrans plats La valeur de la mobilité de trous obtenue 1.15 cm2/V·s, jamais atteinte auparavant avec ce type de matériau, est quant à elle suffisante pour envisager la réalisation de circuits CMOS.
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L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL EST D'ELABORER DES DISPOSITIFS PHOTOVOLTAIQUES EN COUCHE MINCE EN SILICIUM POLYCRISTALLIN, A PARTIR DE COUCHES AMORPHES DEPOSEES DANS UN REACTEUR DE PULVERISATION R. F. MAGNETRON ET CRISTALLISEES THERMIQUEMENT EN PHASE SOLIDE. LES PROPRIETES DES COUCHES AMORPHES EN FONCTION DES PARAMETRES DE DEPOT SONT DISCUTEES. LA TECHNIQUE DE DEPOT PAR PULVERISATION PERMET DE FAIRE VARIER LA VITESSE DE DEPOT ET LE GAP OPTIQUE DANS DES GAMMES TRES ETENDUES. LA CRISTALLISATION DES COUCHES INTRINSEQUES EN PHASE SOLIDE EST ENSUITE ETUDIEE DANS LE BUT D'OBTENIR DE GRANDES TAILLES DE CRISTALLITES FAVORABLES AUX PHENOMENES DE TRANSPORT. NOUS DETERMINONS UNE METHODE DE MESURE DE LA TAILLE DES CRISTALLITES PAR DIFFRACTION DES RAYONS X, CORRELEE PAR DES MESURES DE REFLECTIVITE ET D'AFM, QUI CORRESPOND A LA TAILLE PERTINENTE POUR LES PROPRIETES DE TRANSPORT. NOUS MONTRONS QUE LE DESORDRE DE LA COUCHE AMORPHE DETERMINE PAR DIFFRACTION DES RAYONS X ET PAR PROFILOMETRIE, AINSI QUE SON CONTENU EN HYDROGENE, JOUENT UN ROLE IMPORTANT DANS LES PROCESSUS DE CRISTALLISATION. PLUS LE DESORDRE EST IMPORTANT ET/OU MOINS LE CONTENU EN HYDROGENE EST ELEVE, PLUS LA TAILLE DES CRISTALLITES APRES RECUIT EST GRANDE. PUIS NOUS ETUDIONS LE DOPAGE DES COUCHES AMORPHE ET POLYCRISTALLINE. LA CONCENTRATION DE DOPANTS INTRODUIT DANS LES COUCHES DIMINUE AVEC LE TAUX D'HYDROGENE PRESENT DANS LE PLASMA LORS DU DEPOT. L'EFFICACITE DE DOPAGE DE TYPE P CHUTE AVEC LA TEMPERATURE DE RECUIT LORS DE LA CRISTALLISATION MAIS RESTE TRES SUPERIEURE A CELLE DE TYPE N. ENFIN DES DISPOSITIFS PHOTOVOLTAIQUES SONT REALISES ET LEURS CARACTERISTIQUES DISCUTEES.
Author: Sami Kallel Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 134
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La première partie de ce travail porte sur 1 'étude de couches minces de silicium déposées par RT-LPCVD et dopées in situ au phosphore dans un réacteur à lampes halogène et à parois froides à partir du silane (SiH4) utilisé comme gaz précurseur et la phosphine (PH3) comme source dopante. Nous avons étudié ces couches dans une gamme de températures allant de 600°C à 850°C (pour une pression de 2mbar) et nous avons mis en évidence 1 'effet de la phosphine sur la cinétique de dépôt ainsi que sur ses propriétés physiques (taille des grains, texture, contraintes résiduelles, résistivité). Nous avons aussi montré que les traitements thermiques rapides ultérieurs (RTA) favorisent une augmentation de la taille des grains, une relaxation des contraintes et une amélioration de la résistivité. Dans la deuxième partie du travail, nous avons appliqué les procédés thermiques rapides pour la réalisation de cellules solaires à faible budget thermique. Pour cela nous avons étudié et optimisé chaque étape nécessaire pour la réalisation d'un tel dispositif:-1. l'émetteur (N+) obtenu par le dépôt RT-LPCVD dopé in situ à partir de (SiH4/PH3),-2. l'oxyde de passivation obtenu par oxydation thermique rapide (RTO),-3. la couche antireflet (Si3N4) déposée par RT-LPCVD à partir du silane et de l'ammoniac (NH3),-4. les contacts métalliques déposés par évaporation. Les premiers résultats obtenus indiquent un rendement de conversion de 10,5% pour un courant de court-circuit de 33,5mA/cm2 et une tension de circuit ouvert égale à 527mV.
Author: Khaled Amir Belarbi Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 176
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e travail de thèse porte sur la réalisation de transistors en couches minces (Thin film transistors) de silicium microcristallin fabriqués à une température inférieure à 180°C. Cette thèse permet d’envisager diverses applications allant de la technologie des écrans OLED jusqu’à l’électronique flexible associée au textile intelligent. Pour le bon fonctionnement de ces applications, il est nécessaire de produire des transistors performants. C’est pourquoi ces travaux de thèse visent la fabrication de transistors respectant les conditions pour un bon fonctionnement des applications attendues, c'est-à-dire une dualité mobilité-stabilité satisfaisante. Les premiers transistors en structure « Top-Gate » utilisant l’oxyde de silicium comme isolant de grille ont abouti à d’excellentes performances (40 cm2/Vs). Ces derniers s’avérèrent ne pas être fiable en terme de stabilité. Beaucoup de questions se sont alors posées pour remédier à cette instabilité. Des techniques telles que les mesures électriques (énergie d’activation de la conductivité) et physiques (SIMS) ont permis de comprendre d’où venait le problème. Il s’avère que lors du dépôt de l’isolant, une importante incorporation d’oxygène pénètre dans la structure colonnaire du silicium microcristallin. La première solution consistait donc à utiliser une couche fine de silicium microcristallin. Les transistors ainsi fabriqués ne dérivent que faiblement. La deuxième solution consistait à l’élaboration d’un isolant autre que l’oxygène lors du dépôt. Par le biais du nitrure de silicium, les transistors en structure « Top-Gate » de type N montrent une mobilité de (2 cm2/Vs) et une bonne stabilité. Enfin, des transistors de type P ont été également fabriqués rendant possible la mise au point d’une technologie de type CMOS avec le silicium microcristallin.
Author: Hicham El-Din Mahfouz Kotb
Author: Hicham El-Din Mahfouz Kotb
Author: Denis Guillet
Author: DENIS.. GUILLET
Author: LAURENCE.. PLEVERT
Author: KARINE.. MOURGUES
Author: Jean-François Michaud
Author: Amar Saboundji
Author: ERIC.. BARDET
Author: Sami Kallel
Author: Khaled Amir Belarbi