Modélisation des plasmas micro-ondes utilisés pour le dépôt de diamant intrinsèque ou dopé au bore PDF Download
Are you looking for read ebook online? Search for your book and save it on your Kindle device, PC, phones or tablets. Download Modélisation des plasmas micro-ondes utilisés pour le dépôt de diamant intrinsèque ou dopé au bore PDF full book. Access full book title Modélisation des plasmas micro-ondes utilisés pour le dépôt de diamant intrinsèque ou dopé au bore by Rania Salem. Download full books in PDF and EPUB format.
Author: Rania Salem Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 294
Book Description
Cette thèse porte sur la modélisation des plasmas micro-ondes en mélanges H2/CH4 et H2/CH4/B2H6, utilisés pour le dépôt de diamant intrinsèque et de diamant dopé au bore. L'objectif est d'établir des modèles de cinétique chimique afin de décrire la phase gazeuse et d'appréhender les limitations des modèles physiques nécessaires à l'étude des plasmas H2/CH4 et H2/CH4/B2H6 fonctionnant à haute densité de puissance (haute pression / haute puissance). L'étude repose sur une approche numérique à travers plusieurs modèles physique (1D et 2D) et chimiques qui permet la description physico-chimique de la phase plasma en fonction de nombreux paramètres expérimentaux (pression, puissance, composition du gaz). Une comparaison des résultats numériques a été effectuée systématiquement avec des mesures de densités intégrées radialement réalisées par TDLAS et OES pour les espèces CH4, CH3, C2H2, C2H4, C2H6, B2H6 et B. Cette comparaison a pour objectif la validation des modèles physiques et des schémas cinétiques. Des écarts significatifs entre le modèle et l'expérience ont révélé une limitation intrinsèque à l'utilisation d'une approche ID radiale pour décrire les propriétés du plasma pour les conditions de haute densité de puissance. L'utilisation d'un modèle 2D fluide conçu à partir du logiciel ANSYS Fluent propose une meilleure description des phénomènes de transport mais ne permet pas de prendre en compte les processus électroniques. L'analyse de la composition chimique des plasmas micro-onde H2/CH4, H2/B2/H6 et H2/CH4/ B2H6 a montré une limitation des schémas cinétiques décrivant ces mélanges par une large gamme de conditions opératoires. En particulier les mécanismes C/B de ces modèles ne reproduisent pas la forte influence observée expérimentalement de l'addition de méthane sur le bore atomique. Enfin une étude numérique sur la distribution spatiale des espèces borées à poximité de la surface est confrontée à des résultats expérimentaux sur le dopage de diamant en fonction de différents paramètres du procédé.
Author: Rania Salem Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 294
Book Description
Cette thèse porte sur la modélisation des plasmas micro-ondes en mélanges H2/CH4 et H2/CH4/B2H6, utilisés pour le dépôt de diamant intrinsèque et de diamant dopé au bore. L'objectif est d'établir des modèles de cinétique chimique afin de décrire la phase gazeuse et d'appréhender les limitations des modèles physiques nécessaires à l'étude des plasmas H2/CH4 et H2/CH4/B2H6 fonctionnant à haute densité de puissance (haute pression / haute puissance). L'étude repose sur une approche numérique à travers plusieurs modèles physique (1D et 2D) et chimiques qui permet la description physico-chimique de la phase plasma en fonction de nombreux paramètres expérimentaux (pression, puissance, composition du gaz). Une comparaison des résultats numériques a été effectuée systématiquement avec des mesures de densités intégrées radialement réalisées par TDLAS et OES pour les espèces CH4, CH3, C2H2, C2H4, C2H6, B2H6 et B. Cette comparaison a pour objectif la validation des modèles physiques et des schémas cinétiques. Des écarts significatifs entre le modèle et l'expérience ont révélé une limitation intrinsèque à l'utilisation d'une approche ID radiale pour décrire les propriétés du plasma pour les conditions de haute densité de puissance. L'utilisation d'un modèle 2D fluide conçu à partir du logiciel ANSYS Fluent propose une meilleure description des phénomènes de transport mais ne permet pas de prendre en compte les processus électroniques. L'analyse de la composition chimique des plasmas micro-onde H2/CH4, H2/B2/H6 et H2/CH4/ B2H6 a montré une limitation des schémas cinétiques décrivant ces mélanges par une large gamme de conditions opératoires. En particulier les mécanismes C/B de ces modèles ne reproduisent pas la forte influence observée expérimentalement de l'addition de méthane sur le bore atomique. Enfin une étude numérique sur la distribution spatiale des espèces borées à poximité de la surface est confrontée à des résultats expérimentaux sur le dopage de diamant en fonction de différents paramètres du procédé.
Author: Marius Rayar Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 251
Book Description
Ce travail concerne l'étude du procédé de dépôt de films de diamant dopé au bore par plasma micro-onde H2/CH4(1%)!B2H6 (B/C = 0-20000 ppm). En première partie, les espèces B et BH ont été étudiées par spectroscopie optique d'émission en phase gazeuse en fonction du paramètre B/C. La température de gaz, paramètre clé du procédé, a pu ainsi ètre détèrminée, pour différents couples puissance-pression, à partir de la structure rotationnelle de BH (transition A-X). L'absence d'influence du diborane sur les paramètres énergétiques du plasma a autorisé 'la mesure des densités relatives de B et BH à partir des variations de leurs intensités d'émission. Un premier modèle cinétique a été proposé sur la base des variations de ces densités et a permis de mettre en évidence les réactions BHx+H=BHx-l +H2 (x=0-3) et BHx+C2H2 (x=O, 1). En seconde partie, les films monocristallins et polycristallins de diamant obtenus sont étudiés. Si la spectroscopie Raman sur les films monocristallins n'a pu démontrer clairement l'incorporation de bore, la RPE (Résonance Paramagnétique Electronique) pulsée a permis d'observer sa signature. L'étude de l'effet Fano sur les films polycristallins, dû à l'incorporation du bore dans le diamant et observé nettement par spectroscopie Raman, a été réalisée par modélisation. Les mesures par NDP (Neutron Depth Profile) ont permis d'analyser les variations des densités de bore dans le matériau. Les variations des concentrations de bore dans la phase gazeuse, linéaires par rapport à B/C, diffèrent de celles observées (effet de seuil) dans le solide, démontrant ainsi une discrimination des orientations cristallines durant l'incorporation
Book Description
Cette thèse porte sur l’étude de plasmas micro-ondes à haute densité de puissance en mélanges H2/CH4 et H2/CH4/B2H6, utilisés pour le dépôt de diamant intrinsèque et de diamant dopé au bore. L’objectif est la compréhension des phénomènes se déroulant dans le plasma et à l’interface plasma/surface dans des conditions de haute puissance et haute pression (haute densité de puissance) afin de dépasser les limites des réacteurs actuels en terme de vitesse de croissance, à qualité (notamment pureté) et surface de dépôt constantes. L’étude repose sur une approche expérimentale et théorique qui permet, d’une part la description physico-chimique de la phase plasma, et d’autre part la validation d’un modèle 1D développé précédemment au LSPM et adapté à la géométrie du réacteur métallique utilisé ici pour ces conditions très énergétiques. Les évolutions de la densité des électrons, de l’hydrogène atomique et du radical méthyle ainsi que les températures du gaz et des électrons sont ainsi analysées en fonction des paramètres du procédé (débit, puissance, pression, % CH4...). Les mesures expérimentales sont réalisées principalement par actinométrie, OES et interférométrie micro-onde et complétées par des mesures de TALIF. Les comparaisons modèle/expérience sont globalement satisfaisantes mais mettent cependant en évidence les limites du modèle, notamment en termes de processus d’ionisation. De plus, une relation quasi-linéaire entre la vitesse de croissance du diamant monocristallin très pur et la densité d’hydrogène atomique au sein du plasma a été établie. Enfin, un schéma cinétique simulant les décharges H2-CH4-B2H6et prenant en compte 21 réactions en volume et 7 espèces contenant du bore, est intégré au modèle 1D.
Book Description
LE DIAMANT EST UN SEMI-CONDUCTEUR A LARGE BANDE INTERDITE (5.4 EV) TRES PROMETTEUR EN ELECTRONIQUE A HAUTE TEMPERATURE ET DE FORTE PUISSANCE. CEPENDANT, SON UTILISATION EST LIMITEE PAR L'ABSENCE D'UN DOPAGE DE TYPE N. NOUS AVONS ETUDIE DANS CETTE THESE LE DOPAGE AU BORE DU DIAMANT (TYPE P), ET L'INCORPORATION DE PHOSPHORE ET D'AZOTE DANS LE DIAMANT PAR IMPLANTATION IONIQUE. NOUS AVONS ELABORE DES COUCHES MINCES DE DIAMANT PAR DEPOT CHIMIQUE EN PHASE VAPEUR ASSISTE PAR PLASMA MICRO-ONDE. NOUS AVONS UTILISE DANS NOTRE ETUDE DIVERSES TECHNIQUES DE CARACTERISATION : SPECTROSCOPIE DE DIFFUSION RAMAN, RESONANCE PARAMAGNETIQUE ELECTRONIQUE, RESISTIVITE EN FONCTION DE LA TEMPERATURE (DE 100K A 1000K), EFFET HALL, COURANTS THERMO-STIMULES, THERMOLUMINESCENCE. LES RESULTATS OBTENUS MONTRENT QUE LE DOPAGE AU BORE EST AUJOURD'HUI BIEN MAITRISE. DES MESURES ELECTRIQUES SUR UNE LARGE GAMME DE CONCENTRATION (DE 5 10#1#6 A 8 10#2#0 B.CM#-#3) MONTRENT TROIS REGIMES DE CONDUCTION DIFFERENTS : CONDUCTION PAR SAUT PAR PLUS PROCHE VOISIN, CONDUCTION PAR LA BANDE DE VALENCE, CONDUCTION METALLIQUE. NOUS AVONS MONTRE POUR LA PREMIERE FOIS UNE SATURATION DE LA CONDUCTIVITE ET UNE ENERGIE D'ACTIVATION A HAUTE TEMPERATURE E#A/2 TYPIQUE D'UN TAUX DE DEFAUTS COMPENSATEURS INFERIEUR A 10%. NOUS AVONS MONTRE QUE L'IMPLANTATION EST LA METHODE LA PLUS EFFICACE POUR INCORPORER DE L'AZOTE EN SITE SUBSTITUTIONNEL DANS LE DIAMANT. NEANMOINS, L'INCORPORATION D'AZOTE SEMBLE INDUIRE INDIRECTEMENT DES DEFAUTS PARAMAGNETIQUES DANS LE DIAMANT. NOUS AVONS AUSSI MONTRE QUE L'INCORPORATION DE PHOSPHORE EN SITE SUBSTITUTIONNEL EST POSSIBLE. NOUS AVONS DEFINI UN SEUIL D'AMORPHISATION COMPRIS ENTRE 3 ET 4 10#1#4 P.CM#-#2. TOUTEFOIS, UN NOUVEAU DEFAUT PARAMAGNETIQUE QUI SEMBLE ETRE INDUIT PAR LE PHOSPHORE APPARAIT APRES RECUIT. LA CONDUCTION EST ENCORE DOMINEE PAR LES DEFAUTS CREES PAR L'IMPLANTATION IONIQUE. CES RESULTATS SONT TRES PROMETTEURS POUR DES APPLICATIONS FUTURES EN MICROELECTRONIQUE.
Author: Mathieu Bernard Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 169
Book Description
En vue de la réalisation d'électrodes pour la réduction électrochimique des nitrates, nous avons procédé à la croissance et la caractérisation de couches minces mono et polycristallines de diamant dopé bore. Ces couches minces de dopage variable ont été élaborées par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma micro-ondes. Les couches minces polycristallines élaborées ont été étudiées par spectroscopie Raman, et microscopie électronique a balayage. Leur caractéristique électrique a été établie, elles ont été testées comme électrodes, et leurs voltampérogrammes ont pu être réalisés pour différents électrolytes. Les couches minces monocristallines ont été étudiées par spectroscopie Raman et par mesures SIMS. Les interactions entre l'hydrogène et le bore dans le matériau ont été étudiées. Un procédé de gravure du diamant par plasma oxygène ECR a été mis au point afin de structurer la surface du matériau.
Book Description
L'objectif de cette thèse porte sur la synthèse du diamant monocristallin dopé au bore par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma micro-onde (MPCVD). Ces couches épitaxiées jouent le rôle de couches actives dans des composants pour l'électronique de puissance. Ces travaux s'inscrivent dans le cadre du projet Européen H2020 Greendiamond. Durant cette thèse, un traitement de gravure des défauts surfaciques des substrats de diamant HPHT par plasma Ar/O2 a été mis au point. L'efficacité de ce traitement a été validée par diffraction des rayons X à haute résolution, spectroscopie Raman et cathodoluminescence. Cette étape s'est révélée essentielle pour l'amélioration des propriétés de transport de couches de diamant dopées au bore pour les applications en électronique.L'optimisation des conditions de croissance de couches de diamant faiblement dopées au bore (
Author: XAVIER.. DUTEN Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 257
Book Description
LE TRAVAIL DE CETTE THESE CONCERNE L'ETUDE PAR SPECTROSCOPIE D'EMISSION ET D'ABSORPTION DE DEUX REACTEURS DE DEPOT DE DIAMANT PAR PLASMA MICRO-ONDE H 2/CH 4 MOYENNE PRESSION, FONCTIONNANT EN REGIME CONTINU OU PULSE. DANS LE PREMIER REACTEUR (BELL-JAR) FONCTIONNANT EN MODE CONTINU ET CREE DANS UNE CAVITE RESONNANTE, LA TEMPERATURE DU GAZ A ETE DETERMINEE PAR SPECTROSCOPIE D'EMISSION (ELARGISSEMENT DOPPLER DE LA RAIE H) ET D'ABSORPTION (TEMPERATURE DE ROTATION DE L'ETAT INFERIEUR DE LA BANDE DE SWAN DE LA MOLECULE C 2). LA CONCENTRATION DU RADICAL CH 3, ESPECE CLE DU DEPOT DE DIAMANT, A ETE DETERMINEE PAR SPECTROSCOPIE D'ABSORPTION UV, ET COMPAREE A LA DENSITE CALCULEE A L'AIDE D'UN MODELE 1DH 2/CH 4 DEVELOPPE AU SEIN DU LABORATOIRE. LA SECONDE PARTIE DE CETTE THESE CONCERNE L'ETUDE D'UN PLASMA PULSE PRODUIT DANS LE REACTEUR BELL-JAR, PAR SPECTROSCOPIE OPTIQUE D'EMISSION ET CAPTURE D'IMAGES DU PLASMA A L'AIDE D'UNE CAMERA RAPIDE, PERMETTANT D'ETUDIER L'INFLUENCE DE LA PHASE D'AMORCAGE DU PLASMA. LA TEMPERATURE DU GAZ PENDANT L'IMPULSION A ETE DETERMINEE PAR ELARGISSEMENT DOPPLER RESOLUE EN TEMPS DE LA RAIE D'EMISSION H. ENFIN, UNE TECHNIQUE DE SPECTROSCOPIE OPTIQUE D'EMISSION RESOLUE EN TEMPS A ETE DEVELOPPEE AFIN D'ACCEDER AU TEMPS DE VIE DE L'ATOME D'HYDROGENE EN POST-DECHARGE TEMPORELLE. CES MESURES, COMPLETEES A UN MODELE 1D INSTATIONNAIRE EN POST-DECHARGE, ONT PERMIS D'ACCEDER A LA PROBABILITE DE RECOMBINAISON DE H SUR UNE SURFACE DE DIAMANT. LA DERNIERE PARTIE DE CETTE THESE A ETE CONSACREE A L'ETUDE SPECTROSCOPIQUE D'UN PLASMA DE FORTE PUISSANCE ET SOUS FORT FLUX DE GAZ, CREE DANS UN TUBE A DECHARGE (DIATOMEE). LES RESULTATS OBTENUS (TEMPERATURE DU GAZ, INTENSITE D'EMISSION DU RAPPORT ACTINOMETRIQUE H/AR(750 NM)) ONT ETE COMPARES A CEUX ISSUS D'UN MODELE INSTATIONNAIRE 0DH 2/CH 4 DEVELOPPE AU SEIN DU LABORATOIRE. CETTE ETUDE A MIS EN EVIDENCE LA CARACTERE PRIMORDIAL DU RAPPORT CYCLIQUE DANS L'OPTIMISATION DU PROCEDE DE DEPOT DE DIAMANT PAR PLASMA MICRO-ONDE PULSE.
Author: Francis Mohasseb Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 48
Book Description
[Résumé français] Ce travail distingue deux axes de recherche. Le premier porte sur l'optimisation des conditions de décharges garantissant l'obtention d'un plasma microonde de CH4/H2/Ar stable et permettant l'élaboration de films de diamant nanocristallin (DNC). Ce travail a été accompagné par des études de caractérisation des films élaborés en fonction des paramètres de contrôle du procédé. Nous avons ainsi montré la faisabilité de dispositifs à ondes acoustiques de surface sur une structure AlN/DNC/Si et de dépôt de DNC sur du Si3N4 pour des applications tribologiques. Le deuxième axe porte sur le développement d'un modèle permettant d'analyser la décharge et aider à l'interprétation des résultats de dépôt. Différents modèles tenant compte de la formation et du développement d'hydrocarbures aromatiques polycycliques et de suies ont été développés et ont permis de déterminer la composition gazeuse et les températures du plasma et les conditions favorisant une formation quantitative de HAP et de suies.
Author: Thomas Gries Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 308
Book Description
Ce travail a pour but d’optimiser le procédé de dépôt de couches de diamant sur alliage de titane. Les principaux objectifs portent sur le contrôle du procédé, le contrôle des caractéristiques finales des films et les corrélations entre les deux. Une étude fondamentale de caractérisation des plasmas utilisés pour la croissance des couches a d’abord été menée par différentes techniques : interférométrie micro-onde, doubles sondes de Langmuir et spectroscopie optique d’émission. A partir des variations des paramètres plasma, une modélisation cinétique du système en écoulement a été réalisée. Elle permet le calcul des concentrations des espèces stables et radicalaires présentes dans le plasma en fonction des paramètres externes contrôlés. Ces résultats sont comparés aux concentrations déterminées précédemment par spectrométrie de masse avec prélèvement par faisceau moléculaire. L’ensemble permet une meilleure connaissance du mécanisme de dépôt et une compréhension des voies possibles d’optimisation du procédé. Une modification du procédé a été étudiée pour réaliser une renucléation à la surface pendant la croissance par l’utilisation de plasmas poudreux. Ces plasmas poudreux ont permis une synthèse nouvelle de nanoparticules de carbone de structures variées dans le plasma. Toutes ces études sont destinées à obtenir des films de caractéristiques optimales dont l’adhérence est un paramètre essentiel. Une évaluation des contraintes finales dans les films après des tests de traction a été effectuée par spectroscopie Raman polarisé. Les fortes contraintes calculées par deux modèles originaux confirment la très bonne adhérence des couches de diamant sur alliage de titane.
Book Description
Dans la modélisation des plasmas utilisés pour la croissance de diamant fonctionnant à pressions modérées et faibles débits de gaz, les effets hydrodynamiques ne sont pas pris en compte. En effet, dans ces conditions, le transport des espèces réactives dans ces réacteurs est contrôlé par la diffusion. Cependant, à forte densité de puissance (haute pression et puissance micro-ondes) et pour des débits supérieurs à 500 sccm, les vitesses de croissance dépendent du débit du gaz ainsi que de la configuration d'injection et de pompage. Dans le cadre de cette thèse, nous avons développé un modèle numérique 2D (axisymétrique) et 3D pour décrire l'écoulement hydrodynamique dans les réacteurs PECVD diamant. En raison de la grande complexité d'une modélisation complète du plasma, nous avons fortement simplifié la description du plasma d’une part en utilisant un terme source thermique mimant la distribution spatiale du gaz au sein du plasma, et d’autre part en réduisant le schéma de cinétique chimique. Une comparaison entre les résultats issus de ce code et ceux provenant des modèles plasmas préexistant au LSPM ainsi que les résultats expérimentaux a permis de valider cette approche. Le modèle conduit à une bonne représentation des processus thermochimiques se déroulant dans le plasma. Sur cette base, nous avons étudié de nouvelles configurations d'injection et de pompage à l'aide de simulations 3D et de l’expérience. Certaines configurations se sont révélées adéquates pour accroître la rentabilité du procédé de dépôt de diamant.
Author: Rania Salem
Author: Rania Salem
Author: Marius Rayar
Author: Nadira Derkaoui
Author: Jean-Pierre Lagrange
Author: Mathieu Bernard
Author: Cyrille Barbay
Author: XAVIER.. DUTEN
Author: Francis Mohasseb
Author: Thomas Gries
Author: Amine Mesbahi