Procédé de fabrication à T<200°C de transistors en couches minces de silicium microcristallin déposé par PECVD en mélange SiH₄-H₂-Ar.

Fabrication process at T< 200°C of microcrystalline silicon TFTs deposited by PECVD in SiH₄-H₂-Ar mixture

• Auteur / Autrice : Khalid Kandoussi
• Direction : Tayeb Mohammed-Brahim
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Rennes 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie Raman

Transistors en couches minces

Silicium cristallisé

Dépôt chimique en phase vapeur activé par plasma

Résumé

Ce travail est consacré à la réalisation de transistors en couche mince (Thin Film Transistors, TFT) de silicium microcristallin déposé par PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) à une température inférieure à 200°C en vue d'applications dans les écrans plats à matrice active et dans l'électronique sur substrat plastique flexible. Les paramètres de dépôt sont optimisés dans un premier temps afin d’obtenir un silicium microcristallin ayant les meilleures propriétés structurales et électroniques. L’étude de l’effet de l’addition d’argon au mélange de gaz lors du dépôt s’avère un moyen important d’optimisation. L’optimum du débit d’argon trouvé est expliqué à partir de mesures de spectroscopie d'émission optique du plasma qui montrent le rôle des états métastables d'argon dans la dissociation du silane et de l'hydrogène moléculaire. Dans une seconde partie, des transistors NMOS sur verre dans une structure « Top Gate » alignée utilisant le silicium microcristallin comme couche active sont fabriqués et caractérisés. Des transistors stables avec un faible courant inverse et une mobilité électronique de l’ordre de 10 cm2/V. S sont obtenus. Enfin le procédé de fabrication mis au point est utilisé pour réaliser des transistors dans les structures « Top gate » et « Bottom gate » directement sur substrat plastique flexible. Les bons résultats obtenus laissent la porte ouverte à une véritable électronique sur plastique pouvant être intégrée dans la réalisation de microsystèmes.

This work is dedicated to the achievement of microcrystalline silicon, deposited by PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) at temperature lower than 200 ° C, for applications in active matrix flat panel displays and electronics on flexible plastic substrate. At First, the deposition parameters are optimized to obtain the best structural and electronic properties of microcrystalline silicon layers. The study of the effect of argon adding to the gas mixture is the main tool used. This study leads to the determination of an optimum gas flow rates for which the best structural and electronic properties are obtained. The optimum of argon flow rate is explained from measurements of optical emission spectroscopy (OES) that show the important role of argon metastable states in the silane and molecular hydrogen dissociation. After that, NMOS transistors on glass in a "Top Gate" coplanar configuration using this microcrystalline silicon as the active layer, are fabricated and characterized. Stable transistors with low off-current and an electron mobility of 10 cm2/Vs are obtained. Finally, the developed realization process is used to make transistors directly onto flexible plastic substrate in the "Top-gate" and "Bottom-gate" configurations. The good results achieved open the way to the development of electronics on plastic that can be integrated into microsystems.