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Dagault, Léa. Etude du comportement de couches Si1-xGex soumises au recuit laser nanoseconde ultraviolet

Dagault, Léa (2021). Etude du comportement de couches Si1-xGex soumises au recuit laser nanoseconde ultraviolet.

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Résumé en francais

Le recuit laser nanoseconde est une méthode prometteuse pour l'activation de dopants jusqu'à de très fortes concentrations dans des jonctions fines à base de Si ou de Ge. Grâce à une absorption en surface et une durée d'impulsion extrêmement courte, cette technique permet de ne chauffer que l'extrême surface, ce qui est particulièrement favorable dans le cas d'une intégration 3D séquentielle. Les températures atteintes sont suffisantes pour conduire à la fusion d'une fine couche dans du Si ou du Ge, qui solidifie ensuite à des vitesses de l'ordre du mètre par seconde. Plusieurs études ont montré que le passage en phase liquide permet d'obtenir des concentrations de dopant actifs importantes, supérieures aux limites de solubilité en phase solide. Cette méthode, étudiée principalement dans le Si et le Ge, est en revanche trop peu connue dans le SiGe. Il reste de nombreuses inconnues sur le comportement de la contrainte et sur l'activation des dopants dans le SiGe. Ce travail a donc pour objectif d'étudier en profondeur l'effet du recuit laser nanoseconde sur des couches de SiGe dopées ou non dopées, avec des concentrations de Ge allant jusqu'à 40%. Une première partie de ce travail est dédiée à l'indentification des régimes de recuit en fonction de la densité d'énergie laser. Une large partie est consacrée à l'étude de la fusion en surface, dans lequel on peut observer la formation d'îlots fondus séparés les uns des autres. L'observation de la ségrégation et sa simulation sont aussi un élément important de l'étude du SiGe, puisqu'elle cause la formation de gradients marqués et d'une zone riche en Ge à la surface. Une deuxième section est consacrée à l'étude de la contrainte dans le SiGe recuit par laser : il apparaît que la formation de défauts et la relaxation observée sont liées à la fois à la rugosité de l'interface liquide/solide et à l'énergie élastique causée par la déformation. Une interface rugueuse facilite la formation de défauts cristallins qui vont permettre la relaxation partielle ou totale de la couche. Dans le cas d'une interface lisse, la recristallisation est parfaite si l'énergie élastique totale est inférieure à 750 mJ/m². Dans un dernier temps, l'activation du bore dans le Si0.7Ge0.3 est étudiée. Les meilleurs résultats sont obtenus pour des conditions de recuit laser conduisant exactement à la fusion puis à la recristallisation de toute la couche SiGe (30 nm). Dans ce cas, des couches pseudomorphes ont été obtenues, avec une concentration active de dopant allant jusqu'à 2.4×10^20 B/cm3 et une forte ségrégation du Ge vers la surface. Ces couches semblent être stables jusqu'à 600°C si des recuits supplémentaires sont réalisés.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Cristiano, Filadelfo
Kerdiles, Sébastien
Ecole doctorale:Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (LAAS) - CNRS
Mots-clés libres :Recuit - SiGe - Laser - Ségrégation - Relaxation
Sujets :Electricite, électronique, automatique
Déposé le :21 Jan 2022 14:46