Synthèse de couches minces de nitrures d'aluminium et de Bore par pulvérisation cathodique magnétron classique et à très haute puissance pulsée pour la gestion thermique des composants à haute température de fonctionnement

par Mohamed-Akram Soussou

Thèse de doctorat en Science des matériaux, Plasmas et couches minces

Sous la direction de Mohamed-Abdou Djouadi et de Yves Scudeller.


  • Résumé

    Ces travaux concernent la mise au point d'un procédé de synthèse de couches minces AIN et BN  à basse température par des procédés de pulvérisation réactive. Ce procédé magnétron a été choisi pour sa compatibilité avec les technologies de la microélectronique. Afin de permettre l'élaboration de films très bien cristallisés, nous avons d'une part optimisé le procédé classique et d'autre part mis en œuvre un procédé original en l'occurence la pulvérisation magnétron à très haute puissance pulsée (HiPIMS). Les matériaux obtenus permettront, grâce à leur très forte conductivité thermique, de diminuer la résistance thermique des composants et d'accroître leurs performances. Notre étude à consisté à bien caractériser la décharge en mode DC grâce à des diagnostics in-situ. Une optimisation des nombreux paramètres du plasma en corrélation avec les propriétés des matériaux synthétisés a permis d'obtenir une bonne qualité cristalline des films d'AIN. Par la suite le procédé HiPIMS, non encore utilisé pour le dépôt de matériaux très isolants en plasma réactif d'azote, a été mis en œuvre. Grâce à une amélioration de l'ensemble du procédé, nous avons réussi à lever tous les verrous techniques et à déposer des matériaux très isolants comme l'AIN et le BN. La qualité cristalline des films d'AIN a même été améliorée en comparaison avec la technique conventionnelle (DC) tant bien au niveau de l'interface avec le substrat que dans le volume de la couche. Enfin, les propriétés thermiques des films de nitrure d'aluminium ont été déterminées et liées à leurs microstructures. Une conductivité thermique de 200 W. M-1. K-1 a été obtenue, valeur proche de celle du matériau massif.

  • Titre traduit

    Synthesis by plasma method and characterization of nanotubes : study of growth mechanism and electronic, biochemical and thermal applications


  • Résumé

    This work is dedicaced to the development of a low temperature aluminium and boron nitrides (AIN and BN) thin film deposition process by reactive magnetron sputtering. This process is suitable for the requirement of microelectronics technologies. In order to elaborate high crystalline quality films, we optimized the classical magnetron sputtering process and, then, set-up the newly emerging technique of High Power Impulse Magnetron Sputtering. Thanks to their high thermal conductivities, the synthezided materials will allow a lowering of the thermal resistance of devices and an increasing of their performances. First, a complete analysis of the DC discharge was conducted in order to optimize the numerous plasma parameters in correlation with the material properties. Our study showed that it is possible to obtain a good crystalline quality of aluminium nitride thin films. Second, we have demonstrated for the first time that HiPIMS process, can be used for the deposition of insulating material as AIN and BN. Thanks to an adaptation of the whole process including the pulsed power supply we overcome all technical problems and deposit such dielectric materials. Thanks to time-resolved diagnostic of the discharge, this process was optimised and allowed an improvement of AIN films' crystalline quality both at the interface with the substrate and at the ''bulk'' of the film. Third, thermal properties of AIN films were measured and linked to their microstructures. A thermal conductivity as high as 200 W. M-l. K-1 was obtained.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (225 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 209-224.

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  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2011 NANT 2112
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