Nouvelles générations de structures en diamant dopé au bore par technique de delta-dopage pour l'électronique de puissance : croissance par CVD et caractérisation

par Alexandre Fiori

Thèse de doctorat en Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie

Sous la direction de Franck Omnes et de Julien Pernot.

Le président du jury était Christophe Vallée.

Le jury était composé de Gilles Prudon, Jean-Charles Arnault, Etienne Bustarret, Tokuyuki Teraji.

Les rapporteurs étaient Ken Haenen, Jocelyn Achard.


  • Résumé

    Dans ce projet de thèse, qui s'appuie sur l'optimisation d'un réacteur de croissance du diamant et la construction d'un prototype, nous avons démontré l'épitaxie par étapes de couches de diamant, orientées (100), lourdement dopées au bore sur des couches de dopage plus faible dans le même processus, sans arrêter le plasma. Plus original, nous avons démontré la situation inverse. Nous présentons aussi des croissances assez lentes pour l'épitaxie de films d'épaisseur nanométriques avec de grands sauts de dopage, appelé delta-dopage. L'accent a été porté sur le gain en raideur des interfaces. Nous démontrons la présence d'interfaces fortement abruptes, issues de gravures in-situ optimisées, par une analyse conjointe en spectrométrie de masse à ionisation secondaire et en microscopie électronique en transmission à balayage en champ sombre annulaire aux grands angles. Des super-réseaux de dopages abrupts montrent des pics satellites de diffraction X typiques de la super-période.

  • Titre traduit

    New generations of boron-doped diamond structures by delta-doping technique for power electronics : CVD growth and characterization


  • Résumé

    The aim of this PhD thesis was to better understand the boron delta-doping of diamond over building a new Microwave Plasma Chemical Vapour Deposition reactor prototype. We succeed to grow step by step heavy on low, and more original, low on heavy boron-doped layers of (100)-oriented diamond in the same process and without stopping the plasma. We also settled growth parameters for a growth rate slow enough to get nanometre-thick homoepitaxial films with boron doping jumps over several orders of magnitude, called delta-doping. We demonstrated the presence of super-sharp interfaces, after optimized in situ etching, by joint Secondary Ion Mass Spectrometry and Scanning Tunneling Electron Microscopy at High-Angle Annular Dark Field analysis. Finally superlattices with abrupt boron doping levels have been grown; they show satellite peaks of X-ray diffraction representative of a super-period.


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