Contribution à l'étude par spectroscopie capacitive DLTS des niveaux profonds en vue de la réalisation de jonctions p+n ultra-minces

Contribution of the study of deep-level capacitance DLTS spectroscopy for the realisation of p+n ultra-thin junctions.

• Auteur / Autrice : Mounir Hanine
• Direction : Jérôme Marcon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Électronique, optronique et systèmes
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Rouen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bore

Ions -- Implantation

Bruit électronique

Spectroscopie à haute résolution

Semiconducteurs -- Jonctions

Semiconducteurs -- Défauts

Résumé

Ce travail de thèse se décompose en trois parties. La première partie est consacrée à la présentation du concept de génération-recombinaison, au rappel des équations fondamentales du modèle de Shockley-Read et à l'analyse des mécanismes d'émission et de capture des porteurs de charges. Dans la deuxième partie de ce travail, on présente l'ensemble des bancs de caractérisation que nous avons réalisé, en particulier les techniques de caractérisation C(V,T), I(V,T) et DLTS. Ensuite, le principe de la DLTS, ses possibilités et ses limites sont discutés : cinq techniques d'analyse DLTS ont ainsi été développées et évaluées. L'analyse comparée de ces méthodes porte sur les critères de performances principaux qui sont le niveau de complexité de mise en œuvre et la résolution spectrale (c'est-à-dire la capacité à distinguer des niveaux d'énergies très proches dans le cas de transitoires multiexponentiels). Enfin, une étude de quelques techniques de lissage nécessaire pour s'affranchir du bruit affectant les signaux expérimentaux nous a conduit à retenir la Transformée en Ondelettes Discrètes apparaissant comme la plus efficace. La troisième partie du mémoire est consacrée au développement d'une nouvelle technique d'analyse haute résolution des transitoires de capacité. Cette technique que nous avons nommé LM-DLTS est proposée pour améliorer l'extraction des paramètres physiques caractéristiques des défauts profonds, et ce même pour de faibles valeurs du rapport signal sur bruit. Enfin, les possibilités d'application de cette méthode sont ensuite illustrées par une application de la DLTS pour l'analyse des profils de concentration des défauts en fonction de la profondeur et plus particulièrement l'étude des phénomènes de diffusion du bore dans le silicium.

This work is divided into three parts. The first part will be devoted to the introduction of the generation-recombination concept, to the summary of the fundamental equations of Shockley and Read's model, and to the analysis of the emission and capture mechanisms of charge carriers. In a second part, all the characterization benches are presented, particularly C(V,T), I(V,T) and DLTS characterization techniques. Then we will discuss DLTS principles, possibilities and limits. Indeed, five techniques of DLTS analysis have been developed and tested. The comparison between these methods focuses on their main criteria of performance, i. E. The level of complexity of their implementation as well as the spectral resolution (that is to say the capacity to distinguish between very close energy levels as far as multiexponential transients are concerned). Finally, we studied a few smoothing techniques in order to suppress the noise influencing experimental signals, and that led us to choose the Discret Wavelet Transform, which seemed the most efficient. The last part of this thesis deals with the development of a new technique of high resolution analysis of capacitance transients. This technique, named LM-DLTS, can serve to maximize the extraction of the physical parameters typical of deep defects, even when the signal-to-noise ratio is very low. As a conclusion, the possibilities of implementing this method are illustrated by the use of DLTS for analysing the concentration profiles of the defects according to their depth, specifically for studying the characteristics of boron diffusion in silicon.