Mécanismes de croissance cristalline par épitaxie en phase vapeur du carbure de silicium cubique sur substrats de silicium orienté (100)

Vapour phase epitaxy growth mechanism of cubic silicon carbide on monocrystalline (100) silicon substrate

• Auteur / Autrice : Gabriel Ferro
• Direction : Yves Monteil, Henri Vincent
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences. Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yves Monteil, Henri Vincent

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dépôt chimique en phase vapeur

Silicium -- Substrats

Épitaxie

Carbure de silicium

Résumé

Le carbure de silicium cubique est un semiconducteur a grand gap ayant des proprietes physiques et electroniques prometteuses pour des dispositifs de puissance fonctionnant a haute temperature. Son developpement se heurte au manque de substrat adapte. Nous avons donc etudie la possibilite de l'heteroepitaxie de -sic sur substrat de silicium (100) par epv. La difference de parametres physiques entre les deux materiaux a impose l'emploi d'une couche tampon de sic realisee par cvd reactive sous melange h#2-c#3h#8. Nous avons tres largement etudie cette etape, qui est primordiale pour la realisation de monocristaux de -sic. Un examen prealable, thermodynamique et experimental a l'aide de plans d'experiences, a permis de cerner les grandes tendances d'evolution de la couche tampon en fonction des parametres de carburation. Un mecanisme de croissance essentiellement fonde sur l'exodiffusion du silicium du substrat a travers la couche de sic a ete propose grace a un suivi systematique de la morphologie par afm et de l'epaisseur par spectrometrie ir en transmission. Nous en avons deduit les conditions optimales de carburation (1150c et dilution de c#3h#8 dans h#2 de 333) conduisant a une couche tampon sans defaut pour une epaisseur de 1,5 nm. La necessite de realiser l'epitaxie a 1350c a implique la mise au point d'une procedure de transition afin de conserver une morphologie de surface satisfaisante avant la reprise d'epitaxie. Une montee en temperature sous un melange sih#4-c#3h#8 riche en carbone permet de conserver la qualite de la couche tampon. La qualite des couches epitaxiales de -sic a ete suivie par simple diffraction x, tem, meb, afm et par spectrometrie ir. Nous avons montre que l'utilisation d'une phase gazeuse riche en c(si/c=0,3) conduit aux meilleurs resultats. Avec une vitesse de croissance de 3 m/h, les couches realisees sont de qualite cristalline comparable voire superieure a celle de la litterature. L'azote est la seule impurete detectee par photoluminescence a basse temperature. Pour une couche de 9 m, la densite de fautes d'empilements est de 10#8 cm#-#2 en surface. Cette densite est plus importante pres de l'interface sic-si du fait d'une croissance initiale en 3d. Nous avons observe un effet non negligeable de ces defauts sur le mode et la cinetique de croissance.