Etude du comportement électrique des films minces de carbure de silicium reportés par le procédé IMPROVE sur isolant (SiCOI)

= Study of the electrical behaviour of silicon carbide layers on insulator (Si COI) obtained by the IMPROVE processar

• Auteur / Autrice : Elsa Hugonnard-Bruyère
• Direction : Gérard Guillot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dispositifs de l’électronique intégrée
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPM - Laboratoire de Physique de la Matière (1961-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photoluminescence

Résonance paramagnétique électronique

Spectroscopie

Hall, Effet

Carbure de silicium

Résumé

Cette étude porte sur l'analyse du comportement électrique de films minces de carbure de silicium reportés sur isolant (SiCOI) par le procédé IMPROVE (Implanted PROton Void Engineering). Dans un premier temps, nous présentons les propriétés du SiC et des structures SiCOI. Le SiC a des applications dans les domaines de la puissance, de l'hyperfréquence et des hautes températures, là où les semi-conducteurs traditionels, le Si et l'AsGa, trouvent leurs limites. Actuellement le fort coût des substrats de SiC (15 000 à 30 000F suivant la nature) et leur dimension réduite (50 mm) limitent la technologie de ce matériau. L'enjeu de l'application du procédé IMPROVE sur SiC est donc primordial car cette technique permet de réaliser des " pseudosubstrat " de carbure de silicium à faible coût et de grandes dimensions. Néanmoins, après transfert, les films de SiC sont très résistifs ce qui empêche tout réalisation de dispositifs directement dans le film transféré. Dans le deuxième chapitre, nous décrivons les techniques de caractérisation utilisées et faisons un état des défauts observés dans le SiC. Dans le troisième chapitre, nous montrons que la compensation est due aux défauts générés par l'implantation de protons nécessaire au procédé de transfert. Nous analysons la nature de ces défauts par des techniques de photoluminescence, de transitoires de capacité (DLTS) et de résonance paramagnétique électronique (RPE) ce qui nous permet de comprendre leur évolution avec la température des bilans thermiques post-implantation. Enfin, dans le dernier chapitre, la compensation introduite par un procédé de fabrication donné est précisément déterminée par des mesures d'effet Hall et de RPE. Nous quantifions l'influence de plusieurs paramètres de fabrication sur l'activité électrique des couches. L'optimisation du procédé permet ainsi de diminuer la compensation du film de SiC à quelques 10 exposant 16 cm-3 ce qui rend possible son utilisation en tant que couche active dans les dispositifs électroniques. Cette compensation serait corrélée à la présence d'un défaut très stable en température situé à 0,65eV de la bande de conduction.

This thesis describes the electrical behaviour of silicon carbide thin films transferred on insulator by the IMPROVE (Implanted PROton Void Engineering) process. First, we present the SiC and the SiCOI structure properties. SiC is a promising semiconductor material in electronic devices for high power, high frequency and high temperature applications that are not suitable for Si and GaAs. Now, the high cost of SiC substrates (from 3 000 to 6 000 $$ depending on its nature) and their small dimension (2 inches) slow down the technology of this material. Consequently, the IMPROVE process applied to SiC is of prime importance because it is a solution to form low cost and high dimension pseudo substrates of silicon carbide. However, after transfer, SiC films are highly resistive preventing the fabrication of electronic devices directly on the transferred SiC film. In the second chapter, we describe the technique of characterisation we have used and we give a state of the art of the observed defects in the literature. In the third part, we show that the electrical compensation is due to the generation of defects during the hydrogen implantation required to induce thin film exfoliation. We analyse the nature of these defects by photoluminescence, capacitance deep level transient spectroscopy (DL TS) and electronic paramagnetic resonance (EPR) and follow their evolution with the post-implantation annealing temperature. Then, in the last chapter, we determine the compensation introduced by a known process by Hall effects and RPE measurements. We quantify the influence of several parameters on the electrical activity of the films. With the improvement of the process, the compensating defect level has been reduced to a few 10 exp16cm-3. So the film can be used. Directly in electronic devices. This compensation is produced by the presence of a very stable defect lying at Ec- 0. 65eV.