Caractérisation et modélisation de couches minces de 3C-SiC sur Si pour applications aux microsystèmes en environnements sévères

par Christophe Gourbeyre

Thèse de doctorat en Dispositifs de l'électronique intégrée

Sous la direction de Daniel Barbier.

Soutenue en 2000

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    Effectué dans le cadre du développement des microtechnologies pour environnement sévère, ce travail s'articule autour de deux axes principaux. Dans une première partie, une étude détaillée des caractéristiques physique de couches de 3C-SiC épitaxiées sur substrat silicium, est menée. Les résultats issus de cette étude portent notamment sur la maîtrise de l'état de contrainte résiduelle présente dans les couches de 3C-SiC élaborées en fonction des conditions d'épitaxie, afin d'approcher une contrainte quasi nulle. De plus, la faisabilité de membranes carrées auto-suspendues de 3C-SiC de 3 à 8 micromètres d'épaisseur et de 3 millimètres de côté est démontré. L'étude sous charge de telles structures, nous a permis d'extraire le module d'YOUNG des différentes couches. Et d'avoir accès aux contraintes résiduelles présentes dans les membranes de 3C-SiC. Elle nous a également permis de mieux cerner les origines de la disparité des états de contrainte dans les couches de SiC sur pleine plaque de silicium. Dans une seconde partie, nous avons développé deux modèles de structures par éléments finis à l'aide du logiciel Ansys 5. 4, comportant un film mince de SiC. L'un modélise les contraintes thermoélastiques présentes dans les couches de SiC sur pleine plaque de silicium. En comparant ce modèle simple à des résultats expérimentaux, il est possible de valider le choix des paramètres physiques issus de la littérature, utilisés pour la FEM. L'autre modèle FEM développé, est celui d'une membrane carrée auto-suspendue de 3C-SiC qui, comparé aux mesures sous charges effectuées sur structures réelles, donne des résultats très probants lorsque les contraintes résiduelles des couches sont purement thermoélastiques (à 5% près).

  • Titre traduit

    = Characterization and modeling of thin films of JC-SiC on Si for applications to the micro-systems in harsh environments


  • Résumé

    Carried out within the framework of the development of the rnicro-technologies for harsh environment, this work is articulated around two principal axes. In a first part, a detailed study of the physical characteristics of layers of 3C-SiC deposited by CVD on silicon substrate is undertaken. The results extracted from this study relate in particular to the control of the residual stress present in the as deposited layers of 3C-SiC according to the conditions of epitaxy, in order to approach a quasi null stress. Moreover, the feasibility of self-suspended square membranes of 3C-SiC from 3 to 8 ~m thickness and 3 mm size side is proven. The study under Joad of such structures enabled us to extract the Young modulus from the various layers and to have access to the residual stresses present in the membranes of 3C-SiC. It also allowed us to better determine the origins of the disparity of the states of stress in the layers of SiC on full silicon plate. In a second part, we developed two models of structures by finite elements using the software Ansys 5. 4. , comprising a thin film of SiC. One models the thermo-elastic stress present in the layers of SiC on full silicon plate. By comparing this simple mode) with experimental results, it is possible to validate the choice of the physical parameters resulting from the literature, used for the FEM. The other models developed by FEM, is the one of a self-suspended square membrane of 3C-SiC which, compared with measurements under loads carried out on real structures, gives very convincing results when the residual stresses of the layers are purely thermo-elastic (to 5% near).

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Informations

  • Détails : 1 vol. (223 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.185-196

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(2623)
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