Contribution a l'etude du silicium nanocristallin en couche mince obtenu par pulverisation radiofrequence : role et effets de l'hydrogene

Contribution to the study of nanocrystalline silicon in thin film form obtained by rf-sputtering : role and effects of hydrogen

• Auteur / Autrice : ABDELLATIF ACHIQ
• Direction : Richard Rizk
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Caen

Résumé

Deux categories de couches de silicium nanocristallin obtenues par pulverisation rf ont fait l'objet de cet etude. L'une a ete thermiquement cristallisee apres depot a differentes pressions partielles d'hydrogene, alors que la deuxieme consiste en des couches directement cristallisees sous plasma d'hydrogene pur pour differentes valeurs de la temperature du substrat (t#s). Les caracterisations structurales et physiques de ces couches ont ete realisees a l'aide d'une panoplie de techniques experimentales telles que ir, raman, drx, met, absorption optique, conductivite electrique, photoluminescence. Les mecanismes de cristallisation dans les couches se sont reveles tributaires, pour une large part, de la presence et de la concentration des especes ou des radicaux d'hydrure sih#2, soit dans les films de base pour les couches thermiquement cristallisees, soit dans le plasma pour les couches directement cristallisees. Dans la premiere categorie de couches, les effets de sih#2 se traduisent par la relaxation au cours du recuit de la structure cristallisee. Celle-ci a ete mise en evidence par le comportement de la contrainte et confortee par la variation des queues de bandes ou energie d'urbach laquelle reflete le desordre dans le materiau. Le degre de ce desordre semble determiner la largeur du gap optique et les etendues des domaines de validite des mecanismes de conduction electrique. Concernant les couches directement cristallisees, la fraction cristalline f#c et la taille des grains montrent une augmentation graduelle avec t#s. L'origine de ce comportement reside dans les mecanismes reactionnels entre les radicaux sih#2 et la surface de la couche qui resulte en un processus de gravure selective des liaisons faibles ou sous contrainte conduisant a la relaxation de la structure vers l'etat cristallin. La conductivite electrique et le gap optique e#o ont montre des variations spectaculaires en fonction de t#s dues principalement a l'accroissement de f#c : accuse un gain de 7 ordres de grandeur et e#o decroit de 2,40 ev a 1,95 ev. La formation d'une couche tampon amorphe pour les basses t#s a fait l'objet d'une etude specifique qui a montre la possibilite de sa recristallisation suite a un simple recuit a une temperature relativement basse (150c) qui implique le role critique des especes sih#2.