Étude des défauts bidimensionnels à base d'hélium dans le silicium - Application au transfert de films minces

par Maxime Vallet

Thèse de doctorat en Milieux denses, matériaux et composants

Sous la direction de Marie-France Beaufort et de Jean-François Barbot.

Le président du jury était Christophe Tromas.

Le jury était composé de Marie-France Beaufort, Jean-François Barbot, Erwan Oliviero, François Rieutord.

Les rapporteurs étaient Stephen Eastwood Donnelly, Alain Claverie.


  • Résumé

    Le procédé Smart CutTM, utilisé pour le transfert de films minces sur substrat est basé sur la fissuration du silicium. La propagation des fissures est initiée à partir de défauts bidimensionnels induits par implantation d'hydrogène, les « H-platelets ». Des études précédentes ont montré que la fissuration du Si peut également être obtenue à partir de défauts nommés « He-plates » qui ont la particularité d'avoir un diamètre dix fois supérieur. L'objectif de ce travail était d'étudier la formation de ces défauts et leur évolution sous flux d'hydrogène jusqu'à la propagation des fissures. Dans une première partie, la formation des « He-plates » a été étudiée pour différentes orientations de substrats et discutée par rapport à la contrainte compressive bi-axiale induite par l'implantation. Les résultats montrent que les mécanismes qui gouvernent la formation des « He-plates » sont les mêmes que pour les « H-platelets ». Dans une seconde partie, l'évolution des « He-plates » en présence d'H a été étudiée en utilisant une approche expérimentale originale qui couple implantations d'hydrogène et observations par microscopie électronique en transmission. Les expériences montrent que la croissance des « He-plates » est gouvernée par la diffusion de l'hydrogène qui dépend de la température et du taux d'endommagement. Enfin, leur croissance est décrite à l'aide d'un modèle cinétique et, leur coalescence a été analysée en relation avec un modèle élastique. La propagation rectiligne de fissures à partir de ces précurseurs offre des perspectives intéressantes pour une utilisation industrielle.

  • Titre traduit

    Study of helium-based planar defects in silicon - Application to the transfer of thin films


  • Résumé

    The Smart CutTM process, used in the transfer of thin films on substrates is based on the cracking of silicon. The crack propagation is initiated from bi-dimensional defects induced by H-implantation, the H-platelets. Previous studies showed that the propagation of cracks in Si can also be triggered from defects named He-plates which have the particular feature of having a diameter ten times larger. The aim of this work was to study the formation of these defects and their evolution until the crack propagation under H supply.In a first part, the formation of He-plates was studied for different substrate orientations and discussed regarding the bi-axial compressive stress induced by implantation. Results show that the mechanisms that govern the He-plate formation are the same than for H-platelet formation. In a second part, the evolution of He-plates under H supply was studied by using an original experimental approach that combines H-implantation and transmission electron microscopy observations. Experiments show that the growth of He-plates is controlled by the diffusion of hydrogen which depends on temperature and damage rate. Finally, the growth is described by a kinetic model and their coalescence was analyzed with regard to an elastic model. The straight propagation of cracks from He-plates offers promising outlook for an industrial use.


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