Caractérisation de matériaux semi-isolants par spectroscopie de transitoire de courant photoinduit : matériaux InP dopés Fe pour la micro-optoélectronique et CdZnTe pour la détection nucléaire

par Karim Cherkaoui

Thèse de doctorat en Electronique

Sous la direction de Ghanem Marrakchi.

Soutenue en 1998

à Lyon, INSA .

mots clés

• Microélectronique
• Spectroscopie
• Détecteurs
• Semiconducteurs

Résumé

La nécessité de disposer de matériaux semi-isolants de bonne qualité concerne des domaines d'application très variés. Par exemple, les substrats InP et Cd. ZnTe de haute résistivité sont très adaptés à la réalisation de circuits micro-optoélectroniques et de détecteurs nucléaires respectivement. Nous avons caractérisé ces deux matériaux par la spectroscopie thermique de transitoire de courant photo-induit. La première partie de cette étude a pour but d'analyser les défauts dans les substrats InP ayant subi un recuit thermique afin de comprendre le processus de compensation dans ce matériau. Nous avons détecté deux niveaux d'énergie d'activation autour de 0. 2 eV et 0. 4 eV induits par le traitement thermique. Nous avons remarqué l'omniprésence du Fer dans les substrats même non intentionnellement dopés. Il faut donc prendre en compte la participation du Fer pour comprendre le processus de compensation dans ces substrats InP recuits. Dans la deuxième partie, nous avons étudié le matériau CdZnTe élaboré par la technique Bridgman sous haute pression afin de souligner les défauts qui peuvent affecter les performances du détecteur. La présence de trois niveaux profonds proches du milieu de la bande interdite a une influence sur les performances des détecteurs. La qualité des cristaux s'améliore ceci se traduit par la présence d'un seul niveau profond. Ce dernier est probablement responsable du caractère semi-isolant de ces matériaux. Nous avons pu corréler les performances de détection d'une série d'échantillons avec la présence de deux pièges à électrons apparaissant à basse température.

Titre traduit

= Characterization of semi-insulating materials by photo-induced current transient spectroscopy : Fe doped InP for micro-optoelectronics and CdZnTe for nuclear detection

Résumé

Semi-insulating materials show an increasing interest in many application fields. For instance high resistivity InP and CdZnTe substrates are very promising for micro-optoelectronic circuits and nuclear detectors respectively. We have characterized both materials by means of Photo-Induced Current Transient Spectroscopy. The aim of the first part of this study is to analyze the defects in annealed InP substrates to understand the compensation phenomena in this material. We have detected two levels at 0. 2 eV and 0. 4 eV induced by the thermal treatment. We have noticed the presence of iron in all samples even in non intentionally doped ones. Therefore, one must take into account the Iron contribution to fully understand the compensation mechanism in the annealed InP substrates. In the second part, we have studied the CdZnTe material grown by the High Pressure Bridgman method to point out the defects which may affect the detector performance. Three levels detected near the midgap seem to affect the performance of the first studied detectors. We have characterized a series of detectors in which we have only detected one midgap level. We explain this by an improved material quality. This level is probably responsible of the semi-insulating character of this material. Finally, we correlate the detection performance of a series of samples with the presence of two electron traps at low temperature.