Thèse soutenue

Développement et caractérisation de contacts sur alliages GeSn
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Auteur / Autrice : Andrea Quintero
Direction : Éric Cassan
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Science des Matériaux
Date : Soutenance le 16/10/2020
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio-physics and engineering
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de nanosciences et de nanotechnologies (Palaiseau, Essonne ; 2016-....) - Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information (Grenoble ; 1967-....)
référent : Faculté des sciences d'Orsay
Jury : Président / Présidente : Elisabeth Blanquet
Examinateurs / Examinatrices : Jörg Schulze, Christophe Detavernier, Gilles Patriarche
Rapporteurs / Rapporteuses : Jörg Schulze, Christophe Detavernier

Mots clés

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Résumé

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Des efforts dans l'industrie des semiconducteurs sont constamment déployés afin d'améliorer différents paramètres comme les performances des dispositifs ou la vitesse de transfert des données. Pour atteindre ces avancées, des voies innovantes peuvent être considérées telles que la modification des étapes des procédés de production, l'architecture des dispositifs ou les matériaux qui constitueront ces dispositifs. Le germanium-étain (GeSn), alliage du groupe IV, est un matériau intéressant à intégrer dans des dispositifs électroniques ou opto-électroniques. Le GeSn peut être utilisé comme stresseur des source et drain dans les MOSFET Ge (metal–oxide–semiconductor field-effect transistors) et pour obtenir des canaux à haute mobilité dans les pMOSFET et les pTFET (thin field-effect transistors). D'autre part, l'ajout d'une quantité suffisante de Sn dans le réseau du Ge (environ 10 at.%) offre la possibilité d'obtenir une structure à bande interdite directe. Ce matériau pourrait alors être utilisé pour réaliser un laser du groupe IV intégré de façon monolithique et compatible avec la technologie Si-CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor). Quelle que soit l'application, des contacts métalliques ou intermétalliques à faible résistance, stables et fiables sont des composants clés pour injecter le courant électrique dans les dispositifs. Les intermétalliques Ni / GeSn ont été considérés comme un matériau de contact adapté. Cette thèse était donc consacrée au l’étude systématique complète et à la caractérisation d'intermétalliques Ni / GeSn pour contacter des dispositifs basés sur GeSn. Les propriétés des couches de type Ni / GeSn analysées en termes de la séquence de phases, de l’évolution morphologique et électrique au cours de la réaction à l'état solide, sont présentées en premier. Ensuite, différentes alternatives seront décrites pour améliorer la stabilité thermique des contacts à base de Ni : l'utilisation de la pré-amorphisation par implantation (PAI), l’addition d’un élément d’alliage (Co, Pt) et l'utilisation de l'impulsion laser comme technique de recuit. Une autre alternative concernant la métallisation de GeSn a base de Ti est également mentionnée. Grâce à ces études, une analyse complète et systématique du système Ni / GeSn a été réalisée. De plus, l'identification de différentes alternatives pour modifier les conditions du processus qui peuvent améliorer la stabilité thermique du système Ni / GeSn a été réalisée. Les résultats obtenus représentent un bon point de départ pour élaborer des contacts de haute qualité, stables et fiables sur GeSn, qui peuvent être entièrement intégrés dans des dispositifs électroniques ou optoélectroniques.