Une nouvelle génération d'étude spectroscopique à haute résolution des défauts électroniques dans le silicium : la Laplace DLTS

par Laurent Rubaldo

Thèse de doctorat en Physique des matériaux

Sous la direction de Duncan Maude.

Soutenue en 2001

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015) .

mots clés

• Physique
• Etat condense
• Structure electronique. Proprietes electriques. Magnetiques et optiques
• Etat defaut
• Niveau profond
• Dlts
• Isotherme
• Centre a
• Contrainte uniaxiale
• Interaction coulombienne
• Interaction repulsion
• Reorientation
• Defaut complexe
• Semiconducteur
• Silicium
• Etude experimentale

Résumé

Nous nous interessons a l'etude de defauts profonds dans le cristal de silicium en utilisant une nouvelle technique isotherme de dlts, appelee laplace dlts (ldlts). La ldlts, basee sur la methode de regularisation de tikhonov, permet d'ameliorer la resolution energetique d'au moins un ordre de grandeur par rapport a la dlts classique. Tout d'abord, notre etude experimentale a porte sur le centre a cree par des irradiations de protons ou d'electrons. En combinant la ldlts avec l'application de contraintes uniaxes dans les directions cristallographiques <100>, <110> et <111>, nous avons confirme sa symetrie orthorhombique au sein du cristal de silicium. Nous avons montre que la variation du niveau electronique du centre a ne pouvait pas etre quantifiee uniquement par les deformations le long de la liaison distordue si-si. Dans son etat de charge neutre, le centre a se reoriente sous pression de facon a reduire les contraintes le long de son axe c 2 v et que durant cette reorientation l'atome d'oxygene s'aligne le long de la direction <111> pour la configuration atomique au point selle. Dans l'etat de charge negatif, une barriere de reorientation superieure a celle de l'etat neutre a ete obtenue, suggerant une repulsion coulombienne entre l'atome d'oxygene et la liaison distordue si-si. Nous avons poursuivi notre etude par ldlts sur les defauts or et or-hydrogene, introduits dans le silicium apres diffusion d'or et traitement chimique. Dans du silicium de type n, nous avons dissocie pour la premiere fois les defauts au-/0 et auh -/ 0 possedant des vitesses d'emission trop proches pour etre decelees par la dlts classique. Pour des concentrations en or et hydrogene superieures, nous avons montre l'existence d'un defaut supplementaire que nous avons associe a un complexe auh 2-/0. En combinant la ldlts avec des contraintes uniaxes, nous avons mis en evidence la propriete de reorientation instantanee pour les defauts au et auh dans du silicium de type p et n.

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