Elaboration, caracterisation et modelisation d'heterostructures silicium germanium carbone sur silicium. Applications industrielles des composes a base de si, ge, ou c (filiere iv-iv)

Crystal growth, characterization and theoretical modelling of si-ge-c heterostructures deposited on silicon substrates. Industrial applications of silicon-germanium-carbon (iv-iv) compounds

• Auteur / Autrice : Cyril Guedj
• Direction : Daniel Bouchier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés libres

Sciences appliquees

Electronique

Fabrication microelectronique

Heterojonction

Silicium

Germanium

Carbone

Modelisation

Caracterisation

Caracteristique thermique

Caracteristique optique

Brevet

Application industrielle

Depot chimique phase vapeur

Depot laser

Diffraction

Spectrometrie sims

Retrodiffusion rutherford

Ellipsometrie

Microscopie force atomique

Spectrometrie auger

Spectrometrie raman

Ordre

Filiere iv-iv

Si1-x-ygexcy

C ge si

Spem

Plie

Rtcvd

Ftir

Ecp

Edx

Hrtem

Microelectronic fabrication

Heterojunction

Silicon

Nc

Germanium

Nc

Carbon

Nc

Modeling

Characterization

Thermal characteristic

Optical characteristic

Patents

Industrial application

Chemical vapor deposition

Laser deposition

Diffraction

Secondary ion mass spectrometry

Rutherford backscattering

Ellipsometry

Atomic force microscopy

Auger electron spectrometry

Raman spectrometry

Order

Résumé

Ce travail exploratoire porte sur l'elaboration, la caracterisation, la modelisation theorique et le potentiel industriel des composes a base de silicium, germanium, carbone. Les methodes possibles d'elaboration sont presentees. Les echantillons etudies ont ete realises par rtcvd, uhvcvd, plie, spem et mbe et caracterises par de nombreuses techniques complementaires. Un potentiel interatomique est adapte aux resultats experimentaux, afin de correler l'ordre nanoscopique aux proprietes liees a la microstructure. Cet outil, qui permet de calculer les parametres thermodynamiques a partir d'une repartition atomique, est notamment applique a l'interpretation conjointe des mesures raman, ftir, hrtem et de diffraction x. La microstructure depend de la methode d'elaboration, et un phenomene d'autoorganisation de c par rtcvd est demontre, par un faisceau convergent de caracterisations etayees par des simulations a l'echelle atomique. Les particularites liees a l'epitaxie laser (plie) sont detaillees. Une nouvelle methode de depot (spem) permet d'obtenir pour la premiere fois une couche contrainte contenant 70% de ge et 1. 6 % de c. Au niveau des proprietes thermiques, la mesure de dilatation de couches minces si#1#-#x#-#yge#xc#y constitue une nouvelle methode de dosage de ge et c. Une determination originale du pouvoir thermoelectrique par microscopie photothermique est suggeree. Pour des recuits a plus haute temperature, le carbone precipite sous forme de carbure de silicium incoherent, et l'hypothese d'un milieu devenu lacunaire s'accorde le mieux avec les resultats experimentaux. L'interdiffusion thermique de ge est etudiee quantitativement par diffraction x dans le cas de multipuits quantiques. L'etude controversee de la structure de bande des composes si#1#-#x#-#yge#xc#y est presentee. Les mesures ellipsometriques indiquent que le carbone induit un decalage de +65 mev/%c de e#1, alors que e#2 reste quasiment constant. Ce resultat est analyse dans le cadre de la theorie des potentiels de deformation. Cette etude physique eclaire l'analyse des applications industrielles de la filiere iv-iv, sous l'angle des brevets et des dispositifs, notamment en micro et opto-electronique. La comparaison avec la filiere iii-v paracheve ce memoire.