Croissance latérale MPCVD de diamant en homoépitaxie pour dispositifs électroniques de puissance

par Fernando Lloret Vieira

Projet de thèse en Physique des materiaux

Sous la direction de Etienne (phys) Bustarret et de Daniel Araujo gay.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes en cotutelle avec l'Universidad de Cádiz , dans le cadre de Physique , en partenariat avec Institut Néel (laboratoire) depuis le 09-11-2015 .


  • Résumé

    Le principal objectif de la thèse est l'optimisation de la croissance latérale de diamant pour la mise en œuvre de dispositifs de puissance. Pour ce faire, les gravures des substrats de diamant seront effectués par plasma d'oxygène suivies d'une croissance cristalline par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma micro-ondes (MPCVD) qui permet l'obtention de diamant nano et microstructurés et après d'autres étapes de microfabrication, de dispositifs verticaux ou latéraux de type diodes Schottky. L'optimisation de la perfection cristalline et de l'incorporation de dopants dans le réseau cristallin nécessite la caractérisation et l'étude d'échantillons élaborés dans différentes conditions expérimentales. Les structures et dispositifs seront caractérisés ex situ par diverses techniques, y compris la microscopie électronique et les mesures électroniques (telles que les courbes I / V, C / V, Hall, ...). Ce travail implique, par conséquent, de déterminer les conditions qui favorisent la croissance et d'optimiser la qualité du cristal le long des plans de croissance latérales pour le développement d'un dispositif semi-conducteur de diamant avec une géométrie 3D et des contacts métalliques de différents niveaux. Préalablement la croissance de substrats de diamant sera imposée par les colonnes, les pyramides et/ou d'autres formes géométriques qui entraînent une croissance latérale avec plusieurs fronts de croissance (par exemple {111} et {001}). Ainsi des directions croissance non conventionnelles et la jonction de deux ou plusieurs structures résultant de cette reprise de croissance seront étudiées. Tout cela nécessite également (i) l'incorporation du bore dans les couches dopées "non planaires" et (ii) la réduction des défauts générés par chaque mode de croissance non conventionnelle. Une approche "stratigraphique", en utilisant des couches fortement dopées d'épaisseur nanométrique, donne accès à la trajectoire du front de la croissance grâce à des observations par microscopie électronique en transmission. En outre, il est possible de déterminer la vitesse de croissance des plans non conventionnels et d'étudier les défauts cristallins générés par dopage ou par des singularités de la structure au début de la croissance (comme par exemple les coins inférieurs et haut des colonnes). Enfin, les résultats obtenus dans cette étude sont appliqués à la mise au point de dispositifs latéraux et de dispositifs verticaux améliorés.

  • Titre traduit

    MPCVD Homoepitaxial Diamond lateral growth for diamond power devices


  • Résumé

    The main aim of this thesis is the optimization of lateral growth of diamond for their implementation in electronic power devices. Substrates will be etched by oxygen plasma and afterward a monocrystalline regrowth by using chemical vapor deposition assisted by microwave plasma (MPCVD) will be achieved. This procedure allows to obtain nano and micro diamond structures. The optimization in terms of reducing defect levels and maximize the incorporation of dopant in the crystal lattice needs the characterization and study of the samples grown under different experimental conditions. Various techniques will be used for the structural characterization but electron microscopy and electronic measurements (such as curves I / V, C / V, Hall,...) will play the major role. This work seeks to identify the most favorable growth conditions to optimize the crystal quality along the lateral growth plans for the development of a diamond semiconductor device with a 3D geometry as well as the study of the metal contacts on different levels ( for example {111} and {001}). Prototypes of this new growth technique will be made. Prior to the growth of diamond substrates will be taxed with columns, pyramids and/or other geometric shapes that give rise to a lateral growth with more growth fronts. Thus both the growth directions unconventional as the result joining two or more structures of this regrowth, will be studied. This work also requires the study of (i) the incorporation of boron in the "nonplanar" doped layers and (ii) the defects generated by each mode of unconventional growth. A "stratigraphic" approach, using heavily doped layers of nanometric thickness, can follow the trajectory of the growth front through observations by transmission electron microscopy. Moreover, it makes possible to determine the growth rate in non-conventional planes and study the crystal defects generated by doping using both the growth in these orientations as the singularities of the structure at the beginning of growth (as the lower corners and top of the columns). Finally, the results obtained in this study will be applied to the development of lateral devices.