Epitaxial growth of silicon carbide at low temperature
CROISSANCE EPITAXIALE DU CARBURE DE
SILICIUM A BASSE TEMPERATURE
Résumé
Le carbure de silicium est en théorie un des meilleurs candidats pour les applications aussi stratégiques que sont l'électronique forte puissance, haute température, haute fréquence ou encore fonctionnant en environnement hostile. Cependant, les difficultés de cristallogenèse de ce matériau ralentissent le développement de cette filière. Par exemple, l'épitaxie en phase vapeur (EPV) de couches minces de SiC nécessite des températures élevées, supérieures à 1400°C, ce qui compliquent la mise en oeuvre et le contrôle du procédé de croissance. Faire
croître SiC en dessous de cette température tout en gardant une qualité de matériau (cristallinité et dopage) satisfaisante est un véritable défi dont les intérêts industriels sont évidents.
Cet objectif peut être atteint en utilisant des techniques en solution, sous gradient thermique
ou par mécanisme vapeur-liquide-solide (VLS). Différents bains et différentes configurations
de croissance ont été envisagés. Cette étude a permis de mieux cerner les difficultés de mise en oeuvre, de justifier les solutions techniques proposées et de sélectionner les alliages Al-Si comme meilleurs candidats. A partir de ces bains, l'homoépitaxie des polytypes hexagonaux (4H et 6H-SiC) a été démontrée pour des températures aussi basses que 1100°C. Les couches sont très fortement dopées p, par l'incorporation massive d'Al, de bonne qualité cristalline et assez rugueuses. Ce fort dopage p confère des propriétés électriques très intéressantes
notamment en terme d'abaissement de la résistivité de contact.
Le polytype cubique (ou 3C-SiC) ne disposant pas de substrats commerciaux de qualité suffisante, sa croissance a été réalisée par hétéroépitaxie sur substrat de Si(100) et a-SiC(0001) non désorientés, respectivement par EPV et VLS. L'EPV sur substrat de Si produit des couches de qualité cristalline médiocre en raison du fort désaccord de maille. La courbure
importante des plaques, résultant des contraintes thermiques, peut être diminuée en modifiant
l'étape de carburation. Un tel matériau pourra trouver des débouchés avec des composants peu
exigeants en qualité cristalline. Enfin, les alliages à base de Ge et Sn se sont montrés adaptés à
la germination du polytype 3C-SiC sur substrats hexagonaux. Des conditions de croissances
permettant d'éliminer les parois d'inversions dans les couches, ont été déterminées. Le matériau 3C ainsi épitaxié n'a pas d'équivalent ailleurs et est très prometteur pour développer un filière basée sur ce polytype.
croître SiC en dessous de cette température tout en gardant une qualité de matériau (cristallinité et dopage) satisfaisante est un véritable défi dont les intérêts industriels sont évidents.
Cet objectif peut être atteint en utilisant des techniques en solution, sous gradient thermique
ou par mécanisme vapeur-liquide-solide (VLS). Différents bains et différentes configurations
de croissance ont été envisagés. Cette étude a permis de mieux cerner les difficultés de mise en oeuvre, de justifier les solutions techniques proposées et de sélectionner les alliages Al-Si comme meilleurs candidats. A partir de ces bains, l'homoépitaxie des polytypes hexagonaux (4H et 6H-SiC) a été démontrée pour des températures aussi basses que 1100°C. Les couches sont très fortement dopées p, par l'incorporation massive d'Al, de bonne qualité cristalline et assez rugueuses. Ce fort dopage p confère des propriétés électriques très intéressantes
notamment en terme d'abaissement de la résistivité de contact.
Le polytype cubique (ou 3C-SiC) ne disposant pas de substrats commerciaux de qualité suffisante, sa croissance a été réalisée par hétéroépitaxie sur substrat de Si(100) et a-SiC(0001) non désorientés, respectivement par EPV et VLS. L'EPV sur substrat de Si produit des couches de qualité cristalline médiocre en raison du fort désaccord de maille. La courbure
importante des plaques, résultant des contraintes thermiques, peut être diminuée en modifiant
l'étape de carburation. Un tel matériau pourra trouver des débouchés avec des composants peu
exigeants en qualité cristalline. Enfin, les alliages à base de Ge et Sn se sont montrés adaptés à
la germination du polytype 3C-SiC sur substrats hexagonaux. Des conditions de croissances
permettant d'éliminer les parois d'inversions dans les couches, ont été déterminées. Le matériau 3C ainsi épitaxié n'a pas d'équivalent ailleurs et est très prometteur pour développer un filière basée sur ce polytype.
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