Optimisation des conditions de croissance et reduction des dislocations dans des monocristaux d'inp elabores par un procede czochralski

par SYLVAIN GONDET

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de François Louchet.

Soutenue en 1999

à l'INP GRENOBLE .

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  • Résumé

    Les dislocations presentes dans les substrats monocristallins d'inp se propagent dans les couches epitaxiees et entrainent une baisse des performances et de la duree de vie des composants opto et microelectroniques. Ces dislocations sont le resultat des contraintes thermiques subies par les monocristaux en cours de croissance par un procede czochralski encapsule. Pour diminuer la densite de defauts presente dans les plaquettes, les gradients thermiques dans le cristal, sources de contraintes, peuvent etre optimises par l'ajout d'ecrans thermiques. Des outils muneriques ont ete utilises pour tester l'impact des ces ecrans supplementaires sur le champ de temperature dans les differents elements du fours. Ces simulations, effectuees par la methode des elements finis, prennent en compte un grand nombre de phenomenes physiques comme la semitransparence de l'encapsulant ou la convection turbulente dans le bain et le gaz. La qualite structurale des plaquettes a ete caracterisee de deux facons : premierement par la densite surfacique des points d'emergence des dislocations mesuree par analyse d'image, deuxiemement par la largeur a mi hauteur d'un pic de diffraction. Ces deux methodes permettent de quantifier de facon reproductible les ameliorations apportees par les configurations donnant les meilleurs resultats numeriques. Une diminution de 40% des densites de dislocations a ete ainsi obtenue pour des plaquettes de 2 et 3 pouces de diametre. Un modele visco plastique de type haasen-sumino a ete ensuite couple avec les calculs thermiques. Il permet de calculer a partir du champ de temperature la densite de dislocations en chaque point de cristal et a chaque pas de temps. L'annihilation des dislocations, processus critique a haute temperature, a ete pris en compte et permet d'obtenir une tres bonne correlation qualitative et quantitative entre les mesures et les calculs. Il a ainsi ete determine que les dislocations presentes au centre de la plaquette sont produites au niveau de l'interface solide/liquide et que celles presentes a sa peripherie sont multipliees au niveau de la surface de l'encapsulant. Les resultats de cette these sont une meilleure qualite cristalline des plaquettes industrielles, le developpement d'outils numeriques specifiques a la croissance czochralski et une meilleure connaissance des phenomenes conduisant a la formation des dislocations.


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  • Détails : 228 p.
  • Annexes : 174 ref.

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