Etude et réalisation de jonctions ultra fines P+N par la technique d'implantation d'ions par immersion plasma. Application aux cellules photovoltaïques

par Vanessa Vervisch

Thèse de doctorat en Physique et science des matériaux

Sous la direction de Marcel Pasquinelli.

Soutenue en 2007

à Aix-Marseille 3 .

  • Titre traduit

    Study and realization of ultra shallow junctions P+N with plasma immersion ion implantation technology. Applications to photovoltaic devices


  • Résumé

    Ce travail présente la technique d'implantation d'ions par immersion plasma (PIII) comme un outil prometteur pour la réalisation des jonctions ultra fines (USJ). Le prototype PIII appelé PULSION® utilisé dans cette étude, a été conçu et développé par la société IBS. Les profils SIMS de bore obtenus sur des échantillons implantés par PULSION® montrent des profondeurs d'implantation variant de quelques nanomètres à une trentaine de nanomètres avant activation. Ces résultats nous ont amené à concentrer nos efforts sur l'optimisation des recuits d'activation post implantation afin d'obtenir le meilleur compromis X/Rsq. Différents recuits tels que le RTA, le Spike et le LASER ont ensuite été associés à l'implantation PIII et comparés entre eux. Les caractérisations électriques et physico-chimiques présentent le recuit laser comme une technologie prometteuse associée à l'implantation PIII. Afin de limiter l'effet de canalisation des atomes de bore lors des implantations PIII, plusieurs pré-amorphisations (PAI) ont été étudiées. Parmi elles, la PAI d'ions germanium montre des résultats intéressants. L'amorphisation du silicium (estimée à 20 nm à partir d'imagerie TEM) permet de diminuer la profondeur de jonction de 30 nm à 24 nm après activation. Une application de la technique PIII à la conception de l'émetteur d'une photodiode a été effectuée. Les caractéristiques électriques du composant ainsi réalisé sont comparables à des cellules standards. De plus, la faible épaisseur de la jonction permet une amélioration du rendement quantique interne dans les courtes longueurs d'onde, ce qui permettrait l'utilisation de telles cellules dans le domaine spatial.


  • Résumé

    This study describes the plasma immersion ion implantation as a potential tool in order to realize ultra shallow junctions (USJ). The PIII prototype called PULSION® used in this work has been designed and developed by IBS Company. Boron SIMS profiles obtained on PULSION® as-implanted samples reveal implantation depths varying from few nanometers up to thirty nanometers. These results led us to focus on post implantation annealings in order to obtain the best compromise between junction depth (Xj) and sheet resistance (Rsq). Different annealing techniques such as RTA, Spike and LASER have been processed and compared after PIII. Electrical and physico-chemical characterisations set forth the laser annealing process. The Pre-Amorphization Implantation (PAI) has been implemented in order to reduce the channelling effect. The best results were obtained with germanium ions. The amorphized silicon with a thickness estimated to 20 nm according to TEM pictures, appeared to cause a decreasing of the junction depth from 30 to 24 nm after annealing. PIII technology was applied to the conception of photodiode emitters. Electrical properties of the realized device revealed to be satisfactory. Moreover, the resulting shallow junction allowed to improve the internal quantum efficiency at short wavelengths, which is particularly adapted to space applications.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (142 f.)
  • Annexes : Bibliogr. f. 138-142

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  • Bibliothèque : Université d'Aix-Marseille (Marseille. Saint-Jérôme). Service commun de la documentation. Bibliothèque de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 200069209
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