Effet du dopage sur les propriétés de transport des couches de silicium polycristallin : application à la réalisation de transistors à base de ces couches

Effect of the doping level on the transport properties of polycristalline silicon films : application to the fabrication of transistors

• Auteur / Autrice : Meriem Zaghdoudi
• Direction : Tayeb Mohammed-Brahim, Mohamed Fathallah, Mehdi Abdelkrim
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cristallisation

Dépôt chimique en phase vapeur

Transistors en couches minces

Silicium cristallisé

Résumé

Ce travail de thèse est consacré à la fabrication de transistors en couches minces (TCM) de silicium polycristallin (Si-poly), déposé amorphe par LPCVD à 550° C et cristallisé en phase solide à 600° C sous la couche active qui est traditionnellement du Si-poly non-dopé. La première partie est réservée à l'étude des propriétés physiques, optiques et électriques du Si-poly très faiblement dopé en phosphore ou en bore, in-situ pendant le dépôt. L'ensemble des caractérisations physiques (Microscope Eléctronique à Balayage), optiques (transmission optique, photodéflexion thermique (PDS), photluminescence à très basse température) et électriques (conductivité, effet Hall) montrent une amélioration des propriétés du matériau avec le dopage jusqu'à un optimum au delà duquel les propriétés se détériorent de nouveau. La deuxième partie traite de la réalisation de TCMs à couche active faiblement dopée et à canal N et P. Les transistors de type N dont le rapport W/L = 80µm/40m présentent une mobilité d'effet de champ de 160 cm²/V. S et une tension de seuil 1,2 V pour une épaisseur d'oxyde de grille de 70 nm. Une dispersion de moins de 6% sur la valeur de la mobilité est obtenue sur une surface de 5 cm x 5 cm. Ces valeurs présentent une grande stabilité sous l'effet de l'application d'un stress de tension de grille positif ou négatif.

The present work is devoted of the fabrication of thin films transistors (TFT) based on polycristalline silicon (Poly-Si), amorphously deposited by LPCVD at 550° C and then solid phase crystallized at 600° C during 8h. The goal is to improve the TFT's performance by slightly doping the active layer that is usually made on undoped Poly-Si. In the first part, physical, optical and electrical porperties of slightly boron or phosphorus doped poly-Si are studied. All the physical (Scanning Electron Microscopy), optical (optical transmission, photothermal deflexion (PDS), photoluminescence at very low temperature) and electrical (conductivity, Hall effect) characterisations show an improvement of the material properties with the doping level still an optimum. The second part is devoted to the fabrication of N-type and P-type TFTs using previously slightly doped ploy-Si as active layer. N-type TFTs with a channel width to length ratio W/L of 80µm/40µm show a field effect mobility of 160 cm²/V. S and a threshold voltage of 1. 2V when the thickness of silicon dioxide gate insulator is 70nm. The dispersion of the mobility values is less than 6% on an area of 5cm x 5 cm. They present high stability under negative or positive gate bias stress.