Charge distribution measurement in semi-conductor materials and metals with an elasto-electric coupling

Mesure de charges dans les matériaux semi-conducteurs et les métaux avec une méthode élasto-électrique

Basil Salame (1)

1 LPEM - Laboratoire de Physique et d'Etude des Matériaux (UMR 8213)

Semiconductor materials are widely used in electronic industry but their electrical behaviour remains elusive due to a lack of direct space charge distribution measurement methods. Charge measurements in those materials are indeed still indirectly estimated through a model of the studied materials or destructively obtained. Therefore new semiconductor materials, without a good model, are very complex to analyse. This problem may be solved by using an elasto-electric coupling (pressure wave propagation method) to directly and non-destructively characterize electrical properties of semi-conductor structures. This coupling acts directly and non-destructively on the charges to be measured. In this thesis the elasto-electric coupling is modelled in semiconductor structures and metals. The signal induced by the propagation of an elastic wave in the structure is calculated analytically or numerically depending on the studied structure. Analytical and numerical results are validated by experimental results of the pressure wave propagation method applied to various semiconductor structures and metals by varying the measurement conditions.

Les matériaux semi-conducteurs sont très utilisés, notamment dans le domaine de l'électronique. Pourtant leur fonctionnement intime reste mal connu du fait du manque de techniques de mesures directes de leur distributions de charges. Les distributions de charges, qui sont à la base des propriétés électriques du matériau, sont en effet encore déterminées à l'aide de modèles et de mesures électriques globales ou destructives. Ainsi les nouveaux matériaux, sans modèle éprouvé, sont difficiles à analyser.L'utilisation d'un couplage élasto-électrique local (méthode de l'onde de pression) permettrait de palier à ce problème et ainsi de faciliter l'analyse des nouveaux matériaux pour la micro-électronique. Ce couplage agit en effet directement sur les charges à mesurer de manière non destructive.Dans ce mémoire de thèse le couplage élasto-électrique est modélisé dans des structures à semi-conducteurs et des métaux. Le signal induit par la propagation d'une onde élastique est calculé analytiquement ou numériquement selon la situation de la structure testée. Les résultats analytiques et numériques sont validés par des mesures expérimentatales avec la méthode de l'onde de pression appliquée à différentes structures contenant des matériaux semi-conducteurs et des métaux en variant les paramètres de mesure.

Mots clés: Semiconductor; Elasto-electric

Mots clés: Semi-Conducteur; Métal; Interface; Mesure; Charges; Élasto-Électrique

Domaines: Physique [physics]

Basil Salame. Mesure de charges dans les matériaux semi-conducteurs et les métaux avec une méthode élasto-électrique. Physique [physics]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2015. Français. ⟨NNT : 2015PA066160⟩. ⟨tel-01206491⟩