De la mosai͏̈que au monocristal centimètrique de diamant : étude d'un procédé de croissance homoépitaxiale par plasma micro-onde

From a mosaic to a cm-sized single-crystal of diamond : study of an homoepitaxial growth process by micro-wave plasma cvd

• Auteur / Autrice : Corinne Findeling-Dufour
• Direction : Alix Gicquel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Paris 13

Résumé

L'objet de ce travail de these est l'etude d'un procede de fabrication de monocristaux de diamant de larges dimensions par depot chimique en phase vapeur assiste par plasma micro-onde (mpacvd). La premiere etape a consiste a maitriser les parametres de fonctionnement du reacteur de depot de diamant (densite de puissance, temperature du substrat et composition de la phase gazeuse) dans le but de deposer un film monocristallin sur des substrats individuels de diamants naturels de faces superieures orientees 100, 110 ou 111. Cette etape nous a permis de montrer que l'orientation 100 permet d'obtenir des films monocristallins de meilleure qualite. Ensuite, nous avons montre que la temperature du substrat, le pourcentage de methane et la desorientation des substrats 100 ont des influences fortement couplees sur les morphologies des films et conditionnent le mecanisme de croissance. Cette etude parametrique nous a permis de determiner plusieurs jeux de conditions experimentales pour lesquelles nous obtenons des films monocristallins de bonne qualite sur des substrats d'orientation 100. Nous avons aussi etudie le developpement des cristaux (de face superieure 100) en fonction de l'orientation des faces laterales, 100 ou 110, du susbtrat. Enfin, parmi les conditions permettant de realiser des films monocristallins de bonne qualite sur des substrats individuels d'orientation 100, nous avons determine celles qui permettent de deposer une couche monocristalline d'un seul tenant sur des mosaiques constituees de 2, 3, 5 et 7 diamants de faces laterales 100. Les conditions de fonctionnement du reacteur etant controlees, la reussite du procede depend essentiellement de l'assemblage des substrats qui doivent etre places de maniere a ce que les marches de croissance puissent se deplacer lateralement sans rencontrer d'obstacle. Deux resultats originaux ont ete obtenus. Le premier concerne l'introduction d'azote dans la phase gazeuse. Ce dernier empeche la formation de macles et permet au film en croissance de recouvrir des macles eventuellement formees pendant un depot anterieur. Le second est relatif a une interpretation que nous proposons pour rendre compte de la morphologie des differents types d'interfaces pouvant etre observes lors du depot d'un film de diamant sur une mosaique de plusieurs diamants.