Analyse des défauts et des propriétés électroniques du SiC-4H par voie optique

par Ilham Hida-El Harrouni

Thèse de doctorat en Dispositifs de l'électronique intégrée

Sous la direction de Gérard Guillot et de Jean-Marie Bluet.

Soutenue en 2004

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    Les potentialités dans les domaines de l'électronique haute température, haute puissance et haute fréquence du carbure de silicium (SiC) ont été rendues évidentes par de nombreux démonstrateurs. Toutefois le développement industriel de tels composants, implique une amélioration notoire de la qualité du matériau de départ. Ceci recouvre la diminution en densité des défauts cristallins et l'amélioration de l'homogénéité des propriétés électroniques sur plaque entière. Ce travail de thèse s'inscrit dans cette dynamique par l'étude de plaquettes SiC à l'aide de caractérisations optiques non destructives. L'imagerie de photoluminescence (PL) a été employée pour des analyses microscopiques. Les signatures optiques des défauts délétères pour les composants ont été obtenues. L'effet de gettering d'impuretés non radiatives au voisinage des dislocations a été mis en évidence. Nous avons également étudié les défauts de forme triangulaire observés sur les homoépitaxies SiC. Deux populations distinctes ont été mises en évidence. L'une correspond à des inclusions du polytype cubique, l'autre à des fautes dans la séquence d'empilement des biplans SiC. Une technique de mesure cartographique de la durée de vie non radiative des porteurs et du dopage a été développée et appliquée. Le bon accord entre ces valeurs et celles obtenues par la PL résolue en temps a permis la validation de cette technique. La cartographie de PL associée à d'autres caractérisations optiques, nous a donc permis, de déterminer l'uniformité des paramètres électroniques qui contrôlent les caractéristiques des composants et de mieux comprendre l'impact des défauts cristallins sur les caractéristiques des dispositifs.


  • Résumé

    The capability of silicon carbide (SiC) for application in high temperature, high power and high frequency electronics has been clearly evidenced by the realisation of numerous demonstrators. Nevertheless, the industrial development of such devices requires a drastic improvement of initial material quality. This is both a decreasing of crystallographic defects density and improvement in the homogeneity of full wafers electronic properties. This work takes part of this dynamic using non destructive optical characterization for the study of SiC wafers quality. Scanning photoluminescence (SPL) has been used for defects microscopic analysis. We have obtained the optical signature of deleterious defects (micropipes, dislocations, triangular defects) for SiC components. The gettering effect of non radiative traps by dislocations has been evidenced. Defetcs with triangular shape, commonly observed on homoepitaxy has also been investigated. Two different populations have been distinguished by SPL spectral measurements. The first one corresponds to cubic inclusions; the second one is stacking faults. Finally, an original technique for the cartography of carrier lifetime and doping has been developed. This is done using the theoretical relation and between the PL intensity and the excitation density. The good correlation between this approach and the lifetime measurements by PL decay validates the technique. SPL, together with other optical characterisations, is so a powerful tool for the determination of electronic parameters uniformity which control the devices properties, and, for a better understanding of crystalline defects impact on devices deficiencies.

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Informations

  • Détails : 137 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Réf. bibliogr. à la fin de chaque chapitre

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2867)
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