Thèse soutenue

Étude de la structuration de surface du 4H-SiC monocristallin pour des composants MOS avancés

FR  |  
EN
Auteur / Autrice : Yann Jousseaume
Direction : Gabriel Ferro
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Matériaux
Date : Soutenance le 28/04/2023
Etablissement(s) : Lyon 1
Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale des Matériaux (Lyon)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Multimatériaux et Interfaces (1995-....)
Jury : Président / Présidente : Catherine Journet
Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Roger, Marcin Zieliński, Rosine Coq Germanicus, Bruno Masenelli
Rapporteurs / Rapporteuses : Jérôme Roger, Marcin Zieliński

Résumé

FR  |  
EN

Les transistors MOSFET à base de 4H-SiC font partie des composants électroniques de puissance les plus prometteurs pour de nombreuses applications. Leurs performances restent cependant encore optimisables, en raison de la faible mobilité des porteurs de charge au niveau du canal d’inversion, attribuée à la présence de pièges électroniques à l’interface 4H-SiC/SiO2. Des études récentes suggèrent que ces pièges seraient localisés en majorité sur les bords de marche à la surface du 4H-SiC. La densité de ces pièges et leur influence pourraient être modulées en structurant la surface en macro-marches régulières et parallèles. Cette étude, réalisée dans le cadre du projet ANR "RiseMOS", porte sur l'utilisation d'une configuration "sandwich" SiC/Si(liq)/SiC pour structurer la surface de substrats 4H-SiC monocristallins (4°off, face Si) en macro-marches. Les traitements thermiques ont été réalisés dans un réacteur CVD, entre 1500 °C et 1600 °C sous H2. De telles conditions entraînent systématiquement la reconstruction en macro-marches des deux substrats de SiC de l'empilement mais ces marches sont très souvent irrégulières et peu homogènes. Le moteur de cette structuration a été identifié comme étant le gradient thermique dans l'empilement qui génère un transport de SiC du bas (chaud = dissolution) vers le haut (froid = croissance). L'exploration de différentes conditions expérimentales a mis en évidence l'influence délétère de certains paramètres tels qu’une épaisseur de Si liquide trop importante (engendrement de convection électromagnétique dans le liquide) ou l'emploi de gaz vecteur Ar (piégeage de gaz, gradient thermique). En optimisant les conditions de structuration, nous avons obtenu des surfaces homogènement reconstruites en macro-marches parallèles et régulières avec des terrasses de 4-5 μm de largeur. Des caractérisations électriques préliminaires réalisées sur ces surfaces structurées ont permis d'estimer l'influence possible de ces macro-marches sur les dispositifs électroniques de type MOSFET ou diode Schottky.