Comportement de quelques impuretés métalliques dans le germanium : une étude par les techniques capacitives DLTS-MCTS-LAPLACE DLTS

par Yana Gurimskaya

Thèse de doctorat en Physique des semi-conducteurs

Sous la direction de Daniel Mathiot et de Abdelmadjid Mesli.

Le président du jury était Thomas Heiser.

Le jury était composé de Piotr Kruszewski.

Les rapporteurs étaient Gabrielle Regula, Georges Bremond.


  • Résumé

    Ce travail consiste en une tentative de ré-examiner les propriétés électroniques du Fe, Cr et Au au sein de Ge, qui ont déjà été étudiées classiquement par DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy). L'image générale qui en découle est que les métaux de transition dans Ge forment de manière prépondérante des centres accepteurs multiples, introduisant plusieurs niveaux profonds dans la bande de gap. A partir d'un modèle de liaison de valence simple, cette conclusion est en accord avec une survenue des impuretés sur des sites de substitution. Cependant, plusieurs questions demeurent ouvertes, comme le rôle de l'hydrogène en tant que contaminant dans l'élargissement des spectres DLTS. Notre contribution se base sur l'utilisation d'une approche plus performante nommée Laplace DLTS, en ce sens qu'elle autorise une meilleure résolution du signal. Nous présentons une analyse extensive par DLTS, MCTS et Laplace DLTS, afin d'étudier les propriétés électroniques des états accepteurs multiples, induits par les 4 métaux de transition sus-nommés. On distingue, parmis les paramètres étudiés, les barrières de capture des porteurs, les vraies sections efficaces de capture de sporteurs majoritaires (déterminées directement par la méthode de variation du pulse de remplissage), L'effet Pool-Frenkel (en lien avec la détermination de l'état de charge du niveau concerné). Ceci permet d'indiquer avec précision la position exacte des niveaux dans la bande interdite. Nous confirmons la plupart des résultats mis en évidence précédemment, tout en ajoutant quelques précisions sir le rôle de l'hydrogène dans la formation de nouveaux complexes. Une mise en parallèle avec le silicium. Dans le cas de Au, de nouveaux niveaux attribués aux complexes Au-Hn et Au-Sb sont observés. De manière générale, l'analyse des porteurs majoritaires et minoritaires par MCYS est toujours sujette à étude. En ce qui concerne le cas du Fe, la faible différence d'énergie entre ses deux niveaux soulève la possibilité d'un caractère de type U-négatif. L'ensemble de ses points devraient faire l'objet d'un travail approfondis dans un avenir proche.

  • Titre traduit

    Behavior of some metallic impurities in germanium : investigation by transient spectroscopy methods - Deep Level Transient Spectroscopy-Minority Carrier Transient Spectroscopy - Laplace Deep Level Transient Spectroscopy


  • Résumé

    The present work is an attempt to re-examine the electronic properties of Fe, Ni Cr and Au in Ge which have been already studied by conventional DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy). A general picture, that emerged, is that transition metals in Ge predominantly form multiple-acceptor centres, introducing several deep levels in the band gap, which according to a simple valence bond model is in agreement with a preferential occurrence of the impurities on substitutional sites. However, some questions remained open such as the role of hydrogen as a natural contaminant in the broadening of the DLTS spectra. Our contribution is based on the use of a more powerfull approach called Laplace DLTS in the sense that it allows a better resolution of the signal. We present extensive DLTS, MCTS and Laplace DLTS results to investigate the electronic properties of the multi-acceptor states, induced by mentioned four transition metals. Among the studied parameters we may cite the barrier for carrier capture, the true majority carrier capture cross section directly measured by the variable pulse length method, the Poole-Frenkel effect related to the assignment of the charge states - all these parameters are important to locate the level positions in the band gap. We confirm in the present work most of the results obatained in the past, adding some insight into the role of hydrogen in the formation of new complexes and in this respect a parallel is made with silicon. In case of Au new levels attributed to conjectural Au-Hn and Au-Sb complexes are observed. In addition development of both majority and minority carriers in MCTS analysis still is under consideration. For the Fe case, the small difference in energy of its two levels raises the question as to the possibility of negative-U character. These mentioned points should be treated more thoroughly in a future work.


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