Etude par spectroscopies de photoluminescence et d'admittance des propriétés électroniques d'hétérostructures Si1-xGex : Si pour composants avances de la microélectronique silicium
par Abdelkader Souifi
Thèse de doctorat en Génie des matériaux
Sous la direction de Georges Brémond.
Soutenue en 1993
à Lyon, INSA , dans le cadre de Ecole Doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne) , en partenariat avec LPM - Laboratoire de Physique de la Matière (laboratoire) .
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Résumé
Ce travail porte sur la caractérisation d'hétérostructures Sit-xGex/Si épitaxiées sur Si par dépôt en phase vapeur assisté par chauffage rapide (RTCVD). . Le but de cette étude était de contribuer à la connaissance des propriétés électroniques du système contraint, et d'analyser la qualité de ce matériau en vue de son application aux transistors bipolaires à hétérojonctions (TBH). Une étude détaillée des processus de photoluminescence (PL) des couches contraintes Si1-xGex nous a permis, pour la première fois, de mesurer la variation de l'énergie de bande interdite à basse température, en fonction de la composition en germanium, ainsi que les effets de rétrécissement de bande interdite (BGN) dûs aux forts dopages. Le processus de relaxation des couches a également été suivi, au moyen de la spectroscopie de PL, et de caractérisations électriques diverses (I(V), C(V), spectroscopie transitoire de défauts profonds (DLTS)) afin de connaître avec précision les limites de stabilité de ces alliages. Des centres profonds liés aux défauts de relaxation ont pu être détectés par DLTS, et corrélés aux dislocations de désaccord de maille aux hétéro-interfaces, et aux dislocations présentes dans l'alliage Si1-xGex. L'ensemble des résultats obtenus permet de conclure sur l'excellente qualité des hétéro-structures obtenues par RTCVD, et de ce fait, sur la possibilité d'utiliser ces dernières pour l'élaboration de dispositifs innovants compatibles avec les technologies silicium les plus avancées
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Titre traduit
= Electronical properties of Si(l-x) Ge(x) on Si heterostructures for advanced devices of silicon microelectronics studied by photoluminescence and admittance spectroscopies
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Résumé
This work reports on the characterization of Si1-xGex/Si heterostructures grown on Si by rapid thermal chemical vapour deposition (RT-CVD). The goal of this study, was to contribute to a better understanding of the electronical properties of this strained system, and to analyse the quality of this material for its application to heterojunction bi polar transistors (HBTs). A detailed study, of the photoluminescence (PL) properties of Sit-xGex strained layers is presented. The excitonic transitions, observed for the first time in thick Si Ge strained layers, have been used to give the band gap variations as a function of germanium content, at low temperatures. The effects of band gap narrowing (BGN) du to heavy boron doping have been also studied by PL rneasurements on Sio,s2Geo,18 strained films. The relaxation process bas been studied by rneans of PL rneasurements, and electrical characterizations (I(V), C(V), deep level transient spectroscopy (DLTS)), in order to know accurately the limits of stability of the strained layers. Deep levels correlated to the relaxation defects have been detected by spacialy resolved DLTS measurements. This procedure allows us to observe separately, the levels associated to the interfacial misfit dislocations, and the dislocations within the SiGe layers. Finally, this study leads us to conclude on the excellent quality of the RT-CVD heteroepitaxial Iayers, and hence, on the ability to use this strained system for the realisation of advanced Si-based devices.
