Atomic scale simulation of hydrogen related defects in hydrogen implanted silicon - Smart Cut™ technology

par Liviu Bîlteanu

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean-Paul Crocombette.

Soutenue en 2010

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

  • Titre traduit

    Simulation à l'échelle atomique des défauts de l'implantation de l'hydrogène en silicium - la technologie Smart Cut™


  • Résumé

    Le sujet de cette thèse est lié à l'étape d'implantation de la technologie Smart Cut™. Cette technologie utilise l'hydrogène pour transférer des couches de silicium sur des substrats isolants. Le transfert se fait par une fracture induite par la formation des défauts bidimensionnels appelés dans la littérature des plaquettes (en anglais « platelets »). Plus précisément, nous avons étudié dans le cadre de cette thèse les défauts qui apparaissent dans l'état post implantation et leur évolution de l'endommagement d'implantation vers l'état qui contient des plaquettes. L'étude est organisée en deux parties : une première partie qui contient les résultats obtenus par simulation atomistique et une deuxième partie qui contient l'étude par spectroscopie infrarouge de l'évolution des concentrations des défauts suites à des recuits à différentes températures. Les simulations atomistiques ont été effectuées dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle densité et ont permis de calculer des énergies de formation et de migration/recombinaisons. Les défauts étudiés sont les interstitiels d'hydrogène atomique et moléculaire, des lacunes et multi-lacunes hydrogénées et finalement des différents modèles de plaquettes. Ces énergies ont permis réaliser un schéma hiérarchique de stabilité des défauts. Ce schéma a été confronté avec des analyses infrarouge sur des échantillons de silicium implanté par hydrogène (à 37 keV) dans le régime dit de «sous-dose» qui ne permets habituellement la formation immédiate des plaquettes lors de l'étape de l'implantation. Ces analyses ont permis de discriminer des évolutions des concentrations de défauts déduites des comportements lors des recuits des pics correspondants aux défauts. La comparaison entre ces évolutions et le schéma énergétique a permis de valider un scénario d'évolution des défauts vers l'état plaquette.


  • Résumé

    The topic of this thesis is related to the implantation step of the Smart Cut™ technology. This technology uses hydrogen in order to transfer silicon layers on insulating substrates. The transfer is performed through a fracture induced by the formation of bidimensional defects well known in Iiterature as "platelets". More exactly, we have studied within this thesis work the defects appearing in the post implant state and the evolution of the implantation damage towards a state dominated by platelets. The study is organised into two parts: in the first part we present the results obtained by atomic scale simulations while the second part we present an infrared spectroscopy study of the evolution of defects concentrations after annealing at different temperatures. The atomic scale simulations have been performed within the density functional theory and they allowed us to compute the formation energies and the migration and recombination barriers. The defects included in our study are: the atomic and diatomic interstitials, the hydrogenated vacancies and multivacancies and the several platelets models. The obtained energies allowed us to build a stability hierarchy for these types of defects. This scheme has been confronted with some infrared analysis on hydrogen implanted silicon samples (37 keV) in a sub-dose regime which does not allow usually the formation of platelets during the implantation step. The analysis of the infrared data allowed the detailed description of the defects concentration based on the behaviour of peaks corresponding to the respective defects during annealing. The comparison between these evolutions and the energy scheme obtained previously allowed the validation of an evolution scenario of defects towards the platelet state.

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La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (184 p.)
  • Annexes : Notes bibliogr. en fin de chapitres

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2010)293
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