Réévaluation des propriétés piézoresistives à haute température de films de silicium polycristallin LPCVD dopé au bore

par Pascal Kleimann

Thèse de doctorat en Electronique

Sous la direction de Daniel Barbier.


  • Résumé

    L'utilisation des propriétés piézorésistives du silicium polycristallin (variation de résistance suite à une contrainte mécanique) pour la réalisation de microcapteurs de pression fonctionnant à haute température, nécessite de modéliser ce· propriétés en température afin de pouvoir prévoir et optimiser les performances du capteur. Nous abordons ce travail par une étude de l' origine physique de la piézorésistivité du silicium monocristallin qui nous a amené à réévaluer ce phénomène de manière à pouvoir expliquer les différences couramment observées entre les facteurs de jauge longitudinal et transversal du polysilicium. Ensuite, en se basant sur le modèle de piégeage des porteurs, nous développons un modèle complet de conduction électrique dans le polysilicium en tenant compte d'une barrière de potentiel aux joints de grains, de l'effet tunnel et permettant de traiter le cas du polysilicium dégénéré. En étudiant l'effet d'une contrainte mécanique sur les différents termes de la résistivité, nous déduisons les propriétés piézorésistives du polysilicium, en tenant compte de l'effet de la barrière de potentiel. La troisième partie est consacrée à la présentation du banc de mesure que nous avons mis au point, afin de déterminer les propriétés électriques et piézorésistives du polysilicium de la température ambiante jusqu'à 200°C. Les modèles de résistivité et piézorésistivité sont validés sur deux lots d'échantillons LPCVD: L'un déposé dans les conditions standards à 620°C et le deuxième déposé à l’état amorphe à 580°C de manière à obtenir une taille de grains supérieure après nn recuit permettant la cristallisation. Un bon accord est obtenu entre théorie et valeurs expérimentales pour les deux séries d'échantillons en faisant essentiellement varier la taille de grains dans la modélisation et les résultats montrent que la barrière de potentiel joue un rôle significatif dans l'explication des propriétés piézorésistives du polysilicium. Enfm, nous appliquons les résultats obtenus pour estimer la dérive thermique de la tension de sortie d'nn microcapteur de pression piézorésistif, utilisant le polysilicium comme transducteur écanoélectrique.

  • Titre traduit

    = Reassessment of the piezoresistive properties at high temperature ofboron-doped LPCVD polysilicon films


  • Résumé

    The use of the piezoresistive properties of polycristalline silicon (which are responsible for a change in the resistivity when a mechanical force is applied to the semiconductor) in the framework of high temperature pressure microsensors, requires the investigation of the thermal drifts of these properties in order to improve sensors performances. We have tackled this work by a study of the physical origin of the piezoresistive properties in monocrystalline silicon. This study led us to reassess the piezoresistive properties of monocrystalline silicon, in order to explain the difference frequently observed between the longitudinal gauge factor and the transversal one. Then we have presented a complete mode! Of transport properties in polysilicon based on the well-known carrier tapping model and considering a grain boundary potential barrier, the tunnel effect through the barrier and the case of degenerated polysilicon. Studying the mechanical strain effect on the polysilicon resistivity, we have deduced the piezoresistive properties of this material, taking into account the potential barrier effect. In the third part, we have described the experimental set up that has been developed in order to measure the electrical and piezoresistive properties of polysilicon films between room temperature and 20ooc. The conduction and piezoresistif models have been validated on two series of LPCVD polysilicon films: The first one was deposited at 620°C and the second one at 580°C in order to obtain larger grain size after crystallization. A good agreement between theoretical and experimentally determined resistivities and gauge factors is observed for the two types of polysilicon materials considering different grain sizes. The results clearly show a significant piezoresistive effect of the potential barrier. At last, we have applied the results to estimate the thermal drifts of the sensitivity of a piezoresistive pressure microsensor, using polysilicon as transducing material.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (157 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2004)
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.