Utilisation de silicium déposé microcristallin par PECVD et re-cristallisé par laser excimère dans la fabrication de transistors en couches minces à T<200°C

Use of microcrystalline PECVD deposited silicon re-crystallized by excimer laser for thin films transistors at T<200°C

• Auteur / Autrice : Tanguy Pier
• Direction : Tayeb Mohammed-Brahim
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Rennes 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cristallisation

Transistors en couches minces

Lasers

Silicium cristallisé

Résumé

L’objet de ce travail de thèse est la mise au point d’une technologie capable de produire des transistors en couches minces performants à partir de silicium à une température inférieure à 200°C compatible avec l’usage de substrats plastiques. Il repose sur le recours au recuit par laser excimère qui permet de re-cristalliser à posteriori des couches de silicium microcristallin déposées à une température de 165°C. La première partie de ces travaux consiste en l’établissement de la technique de re-cristallisation sur substrat de verre. L’application du recuit par paliers d’énergie progressifs permet d’aboutir à une couche très cristallisée faite de grains de grande taille et non-endommagée. Des grains de grande taille, 300 nm, ainsi qu’un taux de cristallinité de 89%, sont obtenus. Les transistors produits à partir de telles couches ont pu démontrer une mobilité d’effet de champ de 400 cm2/V. S pour les électrons. La partie suivante envisage le report sur substrats plastiques de la technique éprouvée sur verre. Le premier substrat testé est le PDMS. Des couches d’une cristallinité de 80% avec des grains atteignant 400 nm sont produites. Les transistors fabriqués à partir de ces couches montrent une mobilité électronique de 65 cm2/V. S. Le second substrat testé est le PEN. Le recours à une technique similaire permet là aussi l’obtention de couches très cristallisées, à 84%, porteuses de gros grains, 400 nm. Il est possible de réaliser des transistors d’une mobilité électrique de 47 cm2/V. S sur ce dernier substrat.

The aim of this work is the development of a technology able to produce high performance thin film transistors from silicon at temperature below 200°C, which is compatible with the use of plastic substrates. It employs excimer laser annealing of microcrystalline silicon layers deposited at 165°C. The first part of this work concerns the optimization of the annealing technique on glass substrate. Annealing by progressive laser energy steps allows to get highly crystallized layer made of large grains. Large grain size, 300 nm, as well as crystalline fraction of 89 % are obtained. Transistors produced from such layers have been able to show an electronic mobility of 400 cm²/V. S. Next part is about the report of this technique, experienced on glass, on plastic substrates. The first tested substrate is PDMS. Layers with a crystalline fraction of 80% with grains reaching 400 nm are produced. Transistors produced from such layers show an electronic mobility of 65 cm²/V. S. The second tested substrate is PEN. The use of similar technique allows to obtain highly crystallized layers at 84%, with large grains of 400 nm. It is possible to realize transistors with an electric mobility of 47 cm²/V. S. On this substrate.