Caractérisation, modèlisation et synthèse de films minces de nitrure de bore (BN) par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD)

Characterization, modeling and synthesis of boron nitride thin films (BN) by plasma-enhanced chemical vapour deposition (PECVD)

• Auteur / Autrice : Morad Eliaoui
• Direction : Armand Bath, Ali Ahaitouf
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Metz en cotutelle avec Université Sidi Mohamed ben Abdellah (Fès, Maroc)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMOPS - Laboratoire Matériaux Optiques, Photoniques et Systèmes (Metz) - Laboratoire Signaux Systèmes et Composants (Fés (Maroc))

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dépôt chimique en phase vapeur activé par plasma

Polarisation (électricité)

Nitrure de bore

Mots clés libres

Nitrure de bore

Plasma

Tramsmission IR

Pecvd

Autopolarisation

Sonde de langmuir

Résumé

Le nitrure de bore (BN) existe sous deux structures cristallographiques, d'une part la forme hexagonale (h-BN), et d'autre part la forme cubique (c-BN). Cette dernière possède des propriétés extrêmement intéressantes pour des applications en optique et en électronique. Une partie des études menées dans ce travail, consistait à déposer des couches minces de nitrure de bore dans un réacteur de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma micro-onde (PECVD), et en particulier d'étudier les conditions de synthèse du c-BN. Ceci nécessite d'optimiser le bombardement ionique lors du dépôt, et à cette fin, un signal RF a été appliqué sur le porte échantillon, pour le polariser par effet d'autopolarisation. Pour en maîtriser les effets, une partie de l'étude consistait à caractériser les propriétés du plasma par mesure électrique par sonde de Langmuir. Un deuxième aspect du travail consistait à caractériser les couches déposées par spectrométrie de transmission infrarouge. Il apparaît que les films de h-BN sont nanocristallisés et texturés, l'orientation de l'axe c de cristallites dépendant des conditions de dépôt. Afin de pouvoir reproduire les spectres, nous avons développé un modèle optique de la transmission des films minces, et nous l'avons utilisé pour déterminer les paramètres optiques de h-BN par ajustement des spectres expérimentaux. La mise en équation du comportement optique des films repose sur l'expression de la fonction diélectrique du milieu. Elle a été modélisée, d'une part, au moyen d'une expression de la fonction diélectrique effective de la littérature, et d'autre part, grâce à un calcul itératif que nous avons développé.

Boron nitride (BN) is a compound that exists under two crystallographic structures, the hexagonal form (h-BN), and the cubic form (c-BN). The latter one is a very valuable material for applications in optics and electronics. The first part of this work, was to study the deposition of thin films of boron nitride in a microwave plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) reactor, and in particular to study how to synthesize the cubic phase. For that purpose, it is necessary to optimize the ionic bombardment, and for that aim, an RF signal was applied to the sample holder, to polarize it by self bias effect. In order to get a control on it, we did perform some characterisations of the plasma properties by Langmuir probe measurements. The second part was to characterize the deposited layers by infra-red transmission spectroscopy. It appears that the films of h-BN are nanocrystallized and texturated, the orientation of the optical axis of the crystallites being dependent on the deposition conditions. In order to simulate the spectra, we have developed an optical model of thin films transmission, and we have used it to determine the optical parameters of h-BN, by fitting the experimental spectra. The optical behavior of films is modelized thanks to the expression of the dielectric function of the medium, which has been expressed, on the one hand, by an expression of the effective dielectric function of the literature, and on the other hand, by an iterative calculation which we have developed.