Thèse soutenue

Élaboration de couches minces diélectriques d’oxydes de titane et de silicium à forte permittivité et indice optique par procédé plasma PECVD basse pression
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Auteur / Autrice : Stéphane Elisabeth
Direction : Agnès GranierAgnès Granier
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences et matériaux – Plasmas et couches minces
Date : Soutenance en 2015
Etablissement(s) : Université Nantes-Angers-Le Mans - COMUE (2009-2015)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux, Matières, Molécules en Pays de la Loire (3MPL) (Le Mans ; 2008-2021)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Matériaux Jean Rouxel (Nantes)
autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques
Jury : Président / Présidente : Maryline Guilloux-Viry
Examinateurs / Examinatrices : Agnès Granier, Agnès Granier, Maryline Guilloux-Viry, Angélique Bousquet, Luc Stafford, Philippe Supiot, Antoine Goullet
Rapporteurs / Rapporteuses : Angélique Bousquet, Luc Stafford

Mots clés

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Résumé

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Cette thèse est consacrée à l’élaboration de matériaux diélectriques à basse pression (0,4 mbar) et basse température (<100 °C), sur silicium, par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma RF (PECVD) à couplage inductif (ICP) en modes continu, puissance plasma pulsée et injection pulsée des précurseurs. Les diélectriques étudiés sont des oxydes à base de titane et de silicium (TiO2 et TiSiO) déposés dans des plasmas O2 à forte dilution des précurseurs de titane (TiPT, tetraisopropoxyde de titane) et/ou de silicium (HMDSO, hexaméthyldisiloxane). Une première partie est dédiée à l’étude des couches minces d’oxyde mixte de TixSi1-xO2 aux propriétés modulables. En fonction du débit de précurseurs, une large gamme d’oxydes (x=0,1 à 0,82) est accessible, d’indice optique ajustable de 1,45 (SiO2) à 2,5 (TiO2). La composition des films, la morphologie et les propriétés optiques ont été déterminées respectivement par analyses XPS, microscopies (MEB et MET) et ellipsométrie. Les couches de TiO2 sont fortement cristallisées alors que celles de TiSiO sont amorphes et non colonnaires pour x < 0,53. Les propriétés électriques des couches TixSi1-xO2, évaluées par C(V) et I(V) à 1MHz, semblent intéressantes pour la réalisation de capacité MIM : permittivité, k=7 ; courant de fuite <10-6 A. Cm-2 @2,5MV. Cm-1) pour x=0,33. La deuxième partie explore deux nouveaux modes de dépôt : puissance RF pulsée et injection pulsée des précurseurs. Le premier mode permet de réduire la température de dépôt à 50°C tout en conservant de l’anatase à forte activité photocatalytique dans le TiO2. Le second mode permet de créer des nanoempilements d’oxydes de composition différente.