Etude de la redistribution de dopants (Sb et Mn) dans des couches épitaxiées Si1-xGex

Study of dopants redistribution (Sb and Mn) in epitaxial grown Si1-xGex layers

• Auteur / Autrice : Jean-Pierre Ayoub
• Direction : Isabelle Berbezier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, microélectronique et nanosciences
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contraintes (mécanique)

Microscopes électroniques à transmission

Couches minces

Épitaxie

Semiconducteurs -- Dopage

Ségrégation (métallurgie)

Silicium -- Alliages

Germanium -- Alliages

Manganèse

Antimoine

Résumé

L'objectif de ce travail est l'étude des mécanismes de redistribution des impuretés dopantes (Mn et Sb) dans des couches minces épitaxiées de Si1-xGex. Nous étudions la ségrégation en fonction de l'état de contrainte, de la concentration en Ge et de la température de croissance des couches actives de Si1-xGex. Nous mettons en évidence la présence d'une transition d'une ségrégation cinétique vers une ségrégation d'équilibre grâce à l'augmentation de la température de croissance. Pour l'étude de la ségrégation du Sb, nous utilisons des couches avec des concentrations en GE comprises entre 15% et 45%. Ces couches sont contraintes (en tension ou en compression), ou relaxées. Nous remarquons que les profils de distribution du Sb (et donc les coefficients de ségrégation) sont invariants quelque soit l'état de contrainte. Nous expliquons ceci par un régime de ségrégation thermodynamique. Pour l'étude de l'incorporation du Mn dans une matrice de Ge, nous utilisons deux températures de croissance (TC=160°C et 350°C). Pour TC =160°C, nous mettons en évidence la présence d'une concentration limite (xc = 3%) en dessous de laquelle on réalise un dopage de la matrice de Ge. Au dessus de cette concentration, la formation d'agrégats de Ge3Mn5 est observée. Ces agrégats modifient les propriétés magnétiques et de transport des couches.

The objective of this work is to study the mechanisms of dopant (Mn or Sb) redistribution in thin epitaxial Si1-xGex grown layers. We study segregation as a function of the stress state, Ge concentration and growth temperatures. For the Sb segregation, we used SiGe active layers with Ge concentration varying between 15% and 45%. Those layers are either compressively or tensely strained or relaxed. We notice no change for the Sb distribution profiles as a function of the stress. We explain this by a thermodynamical regime for the segregation. As far for the Mn incorporation, we used two growth temperatures (TC=160 °C et 350 °C). For TC=160 we found a critical concentration (xc = 3%). Below this critical concentration possibility to obtain Ge doped layers free of clusters is evidenced by TEM analysis. For Mn concentration larger than xc, Ge3Mn5 clusters are formed. For Mn concentration larger than xc, Ge3Mn5 clusters are formed. Presence of those clusters greatly modifies the magnetic and transport properties of the Ge1-xMnx layers.