Simulation, réalisation et caractérisation de jonction p+n en SiC-4H, pour la photodétection de rayonnement UV

• Auteur / Autrice : Stéphane Biondo
• Direction : Olivier Palais, Laurent Ottaviani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro et Nanoélectronique
• Date : Soutenance le 11/01/2012
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences pour l'ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Alquier, Mihai Bogdan Lazar, Franck Nallet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Andrej Kuznetsov, Abdallah Lyoussi
• DOI : 10.70675/99f81004z57a6z413fzaa70z7ffdc78fb2a2

Mots clés

Mots clés contrôlés

Carbure de silicium

Capteurs optiques

Rayonnement ultraviolet

Semiconducteurs

Ions -- Implantation

Recuit thermique rapide

Mots clés libres

SiC-4H

Photodétecteur

Ultra Violet

Semi-conducteur

Implantations

Recuits thermiques

Simulations

FDTD

Caractérisations

SiC-4H

Photodetector

Ultra Violet

Semi-conductor

Implantations

Thermal annealings

Simulations

FDTD

Charaterisations

Résumé

Le SiC est un matériau semi-conducteur à large bande d'énergie interdite dont les très bonnes caractéristiques électriques et thermiques en font un candidat idéal pour la fabrication de composants dans le domaine de la puissance et des détecteurs de rayonnement. En particulier, la réalisation de détecteurs UV est très attendue dans les domaines suivants : détection d'incendies, imagerie de surface, astronomie, médecine, militaire… Les photodétecteurs à base de semiconducteurs à large bande interdite permettent d'obtenir une très bonne sélectivité dans l'UV, sans avoir à utiliser de filtres optiques. Le SiC semble être le matériau le plus prometteur, grâce à sa bonne stabilité chimique, mécanique et thermique, ce qui représente un avantage pour opérer en environnement extrême. Cependant le dopage du SiC nécessite un savoir-faire très particulier (implantation à chaud, recuit à haute température, forte dynamique de chauffe…). Nous nous sommes proposés dans un premier temps de réaliser par implantation (ionique et plasma) des composants tests, permettant d'accéder aux caractéristiques des jonctions. Le cas des jonctions implantées n+p et p+n a été étudié. Après l'optimisation des paramètres technologiques de l'implantation et du recuit associé, la fabrication de détecteurs de rayonnement basés sur la diode Schottky ou la diode p.n a été mise en œuvre. Une étape de simulation de ces composants a été effectuée sur le logiciel Sentaurus Device (Synopsys). Les caractérisations de ces détecteurs ont montré une meilleure sensibilité pour les diodes implantées Bore par plasma.

Silicon carbide is a wide band-gap semiconductor with electrical and thermal characteristics particularly suitable for high power devices and radiation sensors. The realisation of UV detectors is mainly useful in the following sectors: fire detection, surface imagery, astronomy, medicine, military... The photodetectors based on wide band-gap semiconductors allow to get a very good selectivity, without using optical filters. Silicon carbide seems to be the most promising material, due to its chemical, mechanical and thermal stability, inducing a reliable behaviour in extreme environment. However SiC doping requires a distinct know-how (hot ion implantation, high temperature annealing, rapid heating-rate…). Test devices have been firstly processed by using ion implantation and plasma, allowing evaluating p+n or n+p junction characteristics. After the optimisation of the technological parameters of implantation and related annealing, the realisation of radiation detectors based on Schottky or p.n diodes has been carried out. The electrical simulations of such devices were performed with Sentaurus Devices program (Synopsys). The characteristics of the devices proved an improvement with the Boron-plasma implantation.