Films de diamant monocristallin dopés au bore pour des applications en électronique de puissance

par Cyrille Barbay

Projet de thèse en Electronique et Optoélectronique, Nano- et Microtechnologies

Sous la direction de Jean-Charles Arnault et de Christine Mer.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Electrical,Optical,Bio: PHYSICS_AND_ENGINEERING , en partenariat avec Institut CEA LIST (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2015 .


  • Résumé

    Le carbone diamant est un semiconducteur à grand gap (5.45 eV) possédant des propriétés de mobilité des porteurs exceptionnelles [1]. Un dopage de type p est obtenu par l'introduction d'atomes de bore en substitution dans le réseau du diamant. Ce sujet de thèse vise à maîtriser la synthèse de films de diamant dopés au bore en homoépitaxie par dépôt chimique en phase vapeur activé par micro-ondes. Il s'agit d'élaborer des films sur une large gamme de dopage avec des concentrations de bore variant de quelques 1016 atomes par cm3 (dopage p-) à quelques 10^21 atomes par cm3 (zone métallique, dopage p+). Les caractérisations chimiques et structurales seront réalisées par SIMS, Raman et Cathodoluminescence. Les propriétés électroniques de ces films seront aussi mesurées (résistivité, mobilité des porteurs). Une attention particulière sera portée à la préparation de surface des substrats de diamant HPHT et CVD en utilisant différents traitements : un plasma MPCVD hydrogène/oxygène, une gravure Ar/O2 PVD ou bien encore le dépôt d'un film mince de diamant de haute qualité cristalline (couche buffer). Les interfaces entre les films fortement et faiblement dopés pourront être contrôlées en utilisant un système d'injecteur qui a précédemment permis de réaliser des couches nanométriques de façon reproductible [2, 3]. Le rôle du précurseur boré (diborane/triméthylbore) dans les mécanismes d'incorporation du bore sera également étudié. Les films de diamant dopés réalisés pourront être utilisés pour la réalisation de composants de type MOS ou de diodes verticales. Ce travail de thèse se déroulera dans le cadre du projet européen Greendiamond (H2020 2015-2019) qui associe le CEA LIST à une quinzaine de partenaires européens.

  • Titre traduit

    Boron doped monocrystalline diamond films for power electronic applications


  • Résumé

    Iamond is a very promising wide band gap semiconductor (5.45 eV) exhibiting excellent mobility values for electrons and holes [1]. P-doping can be achieved by introduction of boron atoms in substitution in diamond lattice. This PhD aims to control boron doped diamond homoepitaxial films grown by chemical vapor deposition assisted by micro-waves (CVD). Films will be elaborated in a wide range of boron concentrations, from few 1016 atoms/cm3 (p- doping) to few 1021 atoms/cm3 (metallic behaviour, p+ doping). Chemical and structural characterizations will be carried out using SIMS, Raman and Cathodoluminescence. Electronic properties like resistivity and carrier mobility will be measured. A particular attention will be devoted to surface preparation of HPHT and CVD substrates. Several pre-treatments will be investigated like MPCVD hydrogen/oxygen plasma, Ar/O2 PVD etching or the deposition of a thin high quality diamond buffer layer. Interfaces between low doped and high doped films will be accurately controlled by an injector system previously used to grow reproducible nanometric layers [2, 3]. The role of boron precursor (diborane, trimethylboron) in incorporation mechanisms will be also studied. Boron doped films will be used for the realization of devices like MOS or vertical diodes. This PhD will be performed in the framework of the European project Greendiamond (H2020 2015-2019) in which CEA LIST is associated to a dozen of European partners.