Evaluation of doping in 4H-SiC by optical spectroscopies

par Pawel Kwasnicki

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Sandrine Juillaguet et de Hervé Peyre.

  • Titre traduit

    Evaluation du dopage dans 4H-SiC par optic spectroscopiques


  • Résumé

    Ce travail porte sur la caractérisation optique d'échantillons de 4H-SiC. Les échantillons étudiés ont été répartis en deux groupes : type-n et type-p. La croissance des épitaxies a été réalisée par CVD technique utilisant horizontal, paroi chaude, chauffée par résistance, en utilisant de l'hydrogène comme gaz porteur silane et/propane en tant que précurseurs de Si/C respectivement. Pour atteindre différents dopages : N2 pour le n-type et TMA pour de type p ont été utilisés. Les échantillons ont été étudiés par photoluminescence en basse température, micro-Raman and spectroscopies de masse d'ions secondaires. Pour les échantillons de type-p mesures d'effet Hall ont été utilisés pour déterminer la concentration de porteurs. Avec l'aide de ces techniques, il a été possible de déterminer le niveau de dopage dans une très large gamme pour les deux types. Les deux spectroscopies : Raman et LTPL peut donner des informations sur la concentration, polytype, qualité du cristal et concentration de porteurs, mais seulement LTPL fournit des informations sur la compensation et est indispensable de définir la polarité. Pour les échantillons faiblement dopés les meilleures façons de déterminer le niveau de dopage semble être des mesures LTPL. Pour les échantillons fortement dopés on a remarqué l'avantage de Raman, qui permet de déterminer la concentration en porteurs jusqu'à 10^20cm-3. Enfin en utilisant les mesures électriques et de Fano-paremeters obtenus grâce à micro-Raman, nous avons fait la courbe d'étalonnage pour type p 4H-SiC.


  • Résumé

    The main topic of this thesis is the optical characterization of 4H-SiC samples. The samples were divided in 2 groups: type-n doped with nitrogen and type-p doped with aluminum. Samples were grown by CVD method performed in a horizontal, hot wall, resistively heated, using hydrogen as a carrier gas and silane/propane as Si/C precursors respectively. To achieve different doping N2 for n-type and TMA for p-type were used. The samples were studied by three different spectroscopies techniques: low temperature photoluminescence, micro-Raman and secondary ion mass spectroscopies. For p-type samples Hall effect measurements were used to determine carrier concentration. With the help of this techniques it was possible to determine doping level in a very large range for both types. Both LTPL and Raman spectroscopy can give information about the polytype, crystal quality and carrier concentration but only LTPL provides information about compensation and is indispensable to define the polarity. For low doped samples since the LOPC & FTA modes of Raman spectra do not exhibit any significant changes the best ways seems to be LTPL measurements. For the highest doped samples notice the advantage of Raman which allows to determine the carrier concentration up to 10^20cm-3. Finally due to electrical measurements and fano-paremeters obtained by micro-Raman spectra we made calibration curve for p –type 4H-SiC.


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