Etudes électro-optiques de matériaux SiC : contribution à l'analyse de l'impureté vanadium

par Valérie Séguier Lauer

Thèse de doctorat en Physique de la matière

Sous la direction de Gérard Guillot.

Soutenue en 1999

à Lyon, INSA , en partenariat avec LPM - Laboratoire de Physique de la Matière (laboratoire) .


  • Résumé

    Le carbure de silicium est sans conteste un matériau aux potentialités intéressantes dans le domaine de la micro-électronique. Ses propriétés électroniques, sa tenue aux températures élevées et sa bonne conduction thermique en font un matériau idéal pour les dispositifs à forte densité de puissance et/ou fonctionnant à température élevée ou à haute fréquence. Cependant, l'avenir du SiC est compromis entre autres par la qualité des substrats et par le problème du contrôle du dopage (du matériau conducteur au semi-isolant). Le travail de cette thèse a consisté à caractériser optiquement et électriquement des substrats 6HSiC et 4H-SiC provenant de la seule source française existant en 1996. Ces études nous ont permis d'identifier les impuretés présentes dans les substrats, qu'elles donnent lieu à des niveaux superficiels ou profonds. Nous avons mis en évidence une contamination des substrats 4H et 6HSiC par l'azote et l'aluminium. De plus, il apparaît que les substrats sont fortement contaminés par le vanadium, métal de transition. Connaissant l'intérêt du vanadium pour réaliser des substrats semi-isolants, nous avons mené une étude plus complète sur cette impureté. Ainsi, nous avons déterminé par DLTS la position du niveau accepteur V3+N4 + (A-/A0 ) dans les substrats 4H et 6H-SiC. De plus, l'étude comparative de spectres d'absorption optique et de DLOS (Deep Level Optical Spectroscopy) nous a permis de mettre en évidence pour la première fois les transitions internes de l'état de charge V3+ (3d2). Nous donnons le schéma de configuration de cet ion dans la bande interdite du 6H-SiC et du 4H-SiC. Enfin, grâce aux mesures de DLOS, nous pouvons positionner expérimentalement les minima des bandes de conduction des polytypes 6H et 4H du carbure de silicium.

  • Titre traduit

    = Optical and electrical studies on silicon carbide : Contribution to the vanadium impurity analysis


  • Résumé

    Silicon Carbide is weil known for its interesting properties for microelectronics applications. 4H and 6H-SiC are good candidate for high power density, high frequency and/or high temperature devices. Otherwise, silicon carbide based devices could not be developed without high quality bulk material and good doping control (from conductor material to semi-insulating). In this work, we have accomplished electrical and optical characterization on 6H and 4H-SiC realized by the single French SiC bulk supplier in 1996. Those studies allow us to identify shallow and deep impurities. 4H and 6H-SiC are both contaminated by nitrogen and aluminum. Moreover, they are also strongly contaminated by vanadium, which is a transition metal. A more complete study about vanadium has been done because of interest in vanadium to realize semi insulating crystal. Vanadium acceptor level V3+N4 + (A-/A0 ) positions in 6H and 4H-SiC have been determined by DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy). Optical absorption and DLOS (Deep Level Optical Spectroscopy) comparative studies put in evidence for the first time V3+ (3d2) charge state internal transition. We give V3+ charge state configuration in 6H-SiC and 4HSiC with corresponding positions of ground state and excited states. Finally we propose experimental values for conduction band minima for 6H and 4H polytype of silicon carbide.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (124 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. P

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  • Cote : C.83(2274)

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  • Cote : MF-1999-SEG
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