Etude d'épitaxies et de substrats SiC par imagerie de photoluminescence

par Lilian Masarotto

Thèse de doctorat en Dispositifs de l'électronique intégrée

Sous la direction de Gérard Guillot.

Soutenue en 2001

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    Le carbure de silicium (SiC) est un matériau semi-conducteur qui possède une largeur de bande interdite élevée (de 2. 3 eV à 3. 3 eV selon le polytype), un fort champ de claquage (4MV/cm), une vitesse de saturation des électrons deux fois supérieure à celle du silicium et une conductivité thermique voisine de celle du cuivre. Ces propriétés physiques remarquables font du SiC un matériau prometteur pour le développement d'une électronique spécifique dans les domaines de la haute température, de la puissance et des hyperfréquences. Toutefois, malgré les efforts considérables menés ces dernières années, la qualité du matériau n'a pas atteint un stade de maturité suffisant pour que les potentialités du SiC soient pleinement exploitées au niveau de la réalisation de dispositifs. Il est donc nécessaire que les efforts faits en croissance soient accompagnés d'une caractérisation fine, rapide et non destructive. Dans cet objectif, ce travail de thèse a consisté à développer un banc de mesure cartographique de la photoluminescence du SiC. Le faible rendement de luminescence du SiC du à sa bande interdite indirecte et la nécessité d'exciter le matériau dans l'UV ont nécessité un important travail expérimental afin d'optimiser le rapport signal sur bruit tout en s'affranchissant des raies parasites dues à l'excitation UV. Dans un deuxième temps nous avons pu exploiter l'équipement développé et démontrer son intérêt pour la caractérisation d'un certains nombres de défauts microscopiques dans le SiC. Ainsi nous avons montré qu'il était possible, sans avoir recours à une attaque chimique, de révéler les dislocations vis et les micropipes. Nous avons également montré que l'homogénéité du prolytype peut être cartographiée par cette technique. Enfin, dans un troisième temps, grâce au soin porté à l'étalonnage de l ‘équipement, nous avons pu déduire, par une modélisation, la durée de vie des porteurs minoritaires à partir de l'intensité du signal de photoluminescence.

  • Titre traduit

    = Sic bulk wafers and epitaxial layers characterization by scanning photoluminescence spectroscopy


  • Résumé

    Silicon carbide (SiC) is a semiconductor material with a wide band gap energy (2. 9 eV for 6H-SiC, 3. 2 eV for 4H-SiC), an high electric breakdown field (4 MV/cm), , a twice saturated electron drift velocity better than silicon and a thermal conductivity comparable with cuivre. Because of some of its superior physical properties in comparison with Si or GaAs, silicon carbide is an appropriate semiconductor for the development of high temperature, high power and high frequency electronics. Nevertheless, in spite of tremendous progress in SiC bulk growth and epitaxy, the rise of high performance and high reliability devices is still limited by the material quality. In order to analyse defects in SiC, to understand their origin and their impact on devices performance, a non destructive, affordable and few time consuming characterization tool is then strongly needed. Toward this end, we have developed a scanning photoluminescence (SPL) apparatus, initially conceived for III-V compounds analysis. Indeed, SPL is a non-destructive and fast method for spatial profiling of impurities and defects in semiconductors. First, because of SiC luminescence low efficiency and necessity of excite the material with UV source, we worked to optimise the signal to noise ratio and eliminate parasite wavelengths from UV excitation. We then could use developed apparatus to demonstrate its interest for the microscopic SiC defects characterization. The possibility for micropipes revelation (even for non emergent micropipes) without using chemical etching has been evidenced. The gettering effect of non radiative traps around dislocations resulting in a denuded zone in the vicinity of the defect has also been demonstrated. This phenomenon, characterized by an exhaust of the photoluminescence intensity near the dislocation, can be used for the determination of dislocation density on epitaxial layers without using chemical etching. We finally calibrated equipment and could by simulation calculate lifetime carriers from PL intensity.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (173 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 164-173

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(2954)
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