Étude des défauts bidimensionnels à base d'hélium dans le silicium - Application au transfert de films minces

Study of helium-based planar defects in silicon - Application to the transfer of thin films

• Auteur / Autrice : Maxime Vallet
• Direction : Marie-France Beaufort, Jean-François Barbot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Milieux denses, matériaux et composants
• Date : Soutenance le 05/09/2014
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Pôle poitevin de recherche pour l'ingénieur en mécanique, matériaux et énergétique - PPRIMME (Poitiers)
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées
• Jury : Président / Présidente : Christophe Tromas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-France Beaufort, Jean-François Barbot, Erwan Oliviero, François Rieutord
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stephen Eastwood Donnelly, Alain Claverie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Élasticité

Microscopie électronique en transmission

Ions -- Implantation

Semiconducteurs -- Défauts

Science des matériaux

Mots clés libres

Implantation d'hélium/hydrogène

Silicium

Défauts bidimensionnels

Met

Élasticité

Contrainte d'implantation

Helium/Hydrogen implantation

Silicon

Platelet defects

Tem

Elasticity

Implantation-Induced stress

Résumé

Le procédé Smart CutTM, utilisé pour le transfert de films minces sur substrat est basé sur la fissuration du silicium. La propagation des fissures est initiée à partir de défauts bidimensionnels induits par implantation d'hydrogène, les « H-platelets ». Des études précédentes ont montré que la fissuration du Si peut également être obtenue à partir de défauts nommés « He-plates » qui ont la particularité d'avoir un diamètre dix fois supérieur. L'objectif de ce travail était d'étudier la formation de ces défauts et leur évolution sous flux d'hydrogène jusqu'à la propagation des fissures. Dans une première partie, la formation des « He-plates » a été étudiée pour différentes orientations de substrats et discutée par rapport à la contrainte compressive bi-axiale induite par l'implantation. Les résultats montrent que les mécanismes qui gouvernent la formation des « He-plates » sont les mêmes que pour les « H-platelets ». Dans une seconde partie, l'évolution des « He-plates » en présence d'H a été étudiée en utilisant une approche expérimentale originale qui couple implantations d'hydrogène et observations par microscopie électronique en transmission. Les expériences montrent que la croissance des « He-plates » est gouvernée par la diffusion de l'hydrogène qui dépend de la température et du taux d'endommagement. Enfin, leur croissance est décrite à l'aide d'un modèle cinétique et, leur coalescence a été analysée en relation avec un modèle élastique. La propagation rectiligne de fissures à partir de ces précurseurs offre des perspectives intéressantes pour une utilisation industrielle.

The Smart CutTM process, used in the transfer of thin films on substrates is based on the cracking of silicon. The crack propagation is initiated from bi-dimensional defects induced by H-implantation, the H-platelets. Previous studies showed that the propagation of cracks in Si can also be triggered from defects named He-plates which have the particular feature of having a diameter ten times larger. The aim of this work was to study the formation of these defects and their evolution until the crack propagation under H supply.In a first part, the formation of He-plates was studied for different substrate orientations and discussed regarding the bi-axial compressive stress induced by implantation. Results show that the mechanisms that govern the He-plate formation are the same than for H-platelet formation. In a second part, the evolution of He-plates under H supply was studied by using an original experimental approach that combines H-implantation and transmission electron microscopy observations. Experiments show that the growth of He-plates is controlled by the diffusion of hydrogen which depends on temperature and damage rate. Finally, the growth is described by a kinetic model and their coalescence was analyzed with regard to an elastic model. The straight propagation of cracks from He-plates offers promising outlook for an industrial use.