Etude d'un procédé de dépôt de films de diamant nanocristallin par CVD assistée par plasma micro-onde en régimes continu et pulsé : application à la réalisation de filtres à ondes acoustiques de surface

par Delphine Moneger

Thèse de doctorat en Génie des procédés

Sous la direction de Alix Gicquel.

Soutenue en 2009

à Paris 13 .


  • Résumé

    L’étude d’un procédé de dépôt de films de diamant nanocristallin (DNC) assisté par plasma micro-onde pulsé en mélange Ar/H2/CH4, est réalisée. Un modèle numérique 1D, développé précédemment au LIMHP, est validé expérimentalement par des mesures de spectroscopie d’absorption effectuées sur le système de Swan du radical C2. L’analyse du plasma reposant sur les bilans réactionnels, les profils spatiaux et temporels des grandeurs de la décharge montre que la chimie est principalement gouvernée par la thermique. Le plasma est caractérisé par une température de gaz très élevée et une forte teneur en hydrogène atomique. A l’interface plasma/surface sont générées les espèces potentiellement précurseurs du dépôt de DNC : les radicaux C2, CH3, CH2, CH et l’atome de carbone. Bien que les espèces clefs de croissance ne soient pas formellement identifiées, une analyse critique des résultats de la littérature concernant les phénomènes de germination secondaire se déroulant lors du dépôt de DNC est obtenue. Elle conduit à remettre en question les conclusions de May et al. Excluant le radical C2 comme espèce de croissance. L’optimisation des propriétés morphologique, topographique et électrique des films de DNC, en vue de la conception de filtres à ondes acoustiques de surface (SAW) fonctionnant à fréquence élevée, est obtenue par la modulation de la puissance injectée et l’ajustement des paramètres de dépôt. Associés à la lithographie électronique, la faible rugosité de surface, la faible taille de grains et le caractère résistif des films de DNC, élaborés à basse fréquence, permettent la réalisation de dispositifs SAW en structure multicouches IDTs/AlN/DNC fonctionnant jusqu’à 4 GHz.

  • Titre traduit

    Study of a pulsed and continuous microwave plasma-echanced chemical vapor deposition process for nanocrystalline diamond films synthesis : achievement of surface acoustic waves devices


  • Résumé

    The study of a nanocrystalline diamond (NCD) film deposition process enhanced by microwave and pulsed Ar/H2/CH4 plasma is reported. The validation of a 1D model, previously developed at the LIMHP, is experimentally carried out by absorption spectroscopy measurements performed on C2 Swan system. Analysis of the discharge is based on reactional kinetics balances, as well as the spatial and temporal distributions of different species. It shows that the plasma chemistry is controlled by gas temperature (Tg). The plasma is characterized by high Tg and hydrogen atoms density. Potential NCD growth precursor species such as C2, CH3, CH2, CH radicals and C atoms are produced near the substrate. Although no key species is clearly identified, an exhaustive review of other groups results about the secondary nucleation growth involved during NCD deposition is made. It leads to reconsider May et al. ’s conclusions which exclude C2 radical for growth processes. In order to achieve surface acoustic waves (SAW) devices working at high frequency, optimisation of structural and electrical properties of NCD films is obtained by modulating microwave power and adjusting process parameters. SAW devices based on IDTs/AlN/NCD layer structure, operating at 4 Ghz, are obtained using combination of electron-beam lithography and NCD films elaborated at low frequency and characterized by small grain size, low surface roughness and high electrical resistivity.

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Informations

  • Détails : 1 vol.( 239 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 228

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  • Bibliothèque : Université Paris 13 (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis). Bibliothèque universitaire. Section Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TH 2009 030
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