Etude des mécanismes de croissance de couches diamant par mesures optiques in-situ : réflectivité et diffusion élastique de la lumière

par Birgit Susann Mathis

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Anne-Marie Bonnot.

Soutenue en 1993

à Grenoble 1 .

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  • Résumé

    L'objectif de ce travail etait d'etudier les mecanismes de croissance de couches diamant par des mesures optiques in situ et d'optimiser leur qualite en fonction des parametres de synthese. Des couches de diamant ont ete deposees sur du silicium par depot chimique en phase vapeur assiste filament chaud (hfcvd), dans un melange de methane et d'hydrogene. La croissance des couches a ete suivie par la reponse optique du systeme a la lumiere d'un laser he-ne de longueur d'onde 633 nm: la reflectivite et la diffusion elastique de la lumiere. L'association d'une technique de synthese et d'etudes optiques in situ ont permis d'identifier les differentes etapes de croissance et d'acceder a leurs cinetiques: la periode de nucleation, puis celle de croissance de cristaux isoles et finalement la formation de la couche continue. Apres la periode de nucleation et tant que le rayon des particules est inferieur a 60 nm la diffusion elastique suit la loi de rayleigh et on trouve alors que le rayon des particules est proportionnel a t#1#/#2 (t etant le temps de depot). Au-dela de cette taille la diffusion par les cristaux isoles presente des phenomenes d'interferences. De l'espacement temporel entre les extrema de diffusion on deduit que le rayon des cristaux isoles croit lineairement en fonction du temps de depot. Finalement lorsque la couche est continue, diffusion et reflectivite presentent des phenomenes d'interferences dont l'amplitude est d'autant plus elevee que la couche est transparente. Ces interferences permettent egalement d'estimer l'epaisseur de la couche en fonction du temps et son indice de refraction. Les mesures optiques in situ completees par des caracterisations ex-situ ont permis d'optimiser les conditions de synthese. Pour cela une etude systematique a ete effectuee en variant la temperature de substrat et la pression partielle de methane. Les resultats optimaux en terme de transparence (mesures optiques in situ) et de purete (spectrometrie raman) ont ete obtenus a basse temperature (700c) et quelle que soit la pression partielle en methane. Les mesures optiques in situ se sont averees tres pertinentes pour l'etude des cinetiques de croissance des couches diamant et leur caracterisation en terme de transparence tres affectee par la rugosite

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  • Détails : 137 p

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  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
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  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS 93/GRE1/0083
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