Croissance de films minces de nitrure de bore hexagonal et cubique par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma : caractérisations optiques et électriques
Résumé
The aim of this work was to synthesise cubic boron nitride thin films (c-BN) by chemical vapour deposition assisted by microwave plasma (2,45 GHZ), in order to carry out a device based on surface acoustic waves (SAW). We initially obtained the hexagonal phase (h-BN), analysed the deposition parameters ad the conditions of the growth which led to a good reproducibility of the layers. The growth c-BN thin films is very delicate and is generally obtained with physical vapour deposition methods (PVD). We succeeded in the fabrication of cubic phase (c-BN) by a chemical vapour deposition (CVD) method and we could elaborate this material successfully by applying an RF bias (13,56 MHz) to the substrates. The BN films were characterized by infrared (IRTF), MicroRaman (MRS), m-lines spectroscopies, as by electrical (I(V), C(V)) and physicochemical (XPS) methods. We developed a method of determination of the orientation of the optical axis "c" of the h-BN films by infrared spectroscopy, while working at oblique incidence. Indeed, with this technique is possible to excite the Lo modes due to the Berreman effect. This allowed us to extract a new "effect" dielectric function which takes into account the preferential orientation of crystallites. Using this method, we show that it is possible to modify the "c" axis orientation by changing the plasma power or the bias of the substrates. The synthesized films correspond to a mixture of h-BN and c-BN phases. The technique developed using IR allows us to show that the "c" axis of the h-BN sublayer is parallel to the substrate surface, allowing thus the growth of c-BN. These results were also corroborated by high resolution transmission electron microscopy measurements (HRTEM). As for PVD techniques, the two important parameters for the synthesis of the c-BN by PECVD are the energies and the magnitude of the incident flux of ions. In addition, electric analyses allowed us to put forward some properties of the BN as its rather large sensitivity to room moisture and its high resistivity, which should make it possible to determinate better precautions of use in the realization of microelectronic devices
L'objectif de la thèse a été de synthétiser des films minces de nitrure de bore cubique (c-BN) par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) microondes (2,45 GHz), dans une perspective de réalisation d'un dispositif à ondes acoustiques de surface (SAW). Nous avons d'abord obtenu la phase hexagonale (h-BN), analysé les paramètres des dépôts et les conditions de croissance de films minces de c-BN est délicate et a surtout été obtenue avec les méthodes de dépôt physiques (PVD). Nous avons relevé le défi d'élaborer des films de c-BN par une technique de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et avons pu synthétiser cette phase avec succès en appliquant une autopolarisation RF (13,56 MHz) au substrat. Les films obtenus ont été caractérisés par des spectroscopies infrarouge (IRTF), MicroRaman (SMR), de lignes noires (m-lines) ainsi que par des méthodes électriques (I(V), C(V)) et physico-chimiques (XPS). Nous avons développé une méthode de détermination de l'orientation de l?axe optique "c" des films h-BN par spectroscopie infrarouge en travaillant en incidence oblique. En effet, cette technique permet de mettre en évidence les modes LO grâce à l'effet Berreman. Ceci nous a permis de modéliser les spectres à l'aide d?une nouvelle fonction diélectrique "effective" qui tient compte de l?orientation préférentielle des cristallites. Grâce à cette méthode, nous avons pu montrer qu'on peut orienter l?axe "c" en modifiant la puissance du plasma ou la tension d'autopolarisation du substrat. Les films de c-BN synthétisés correspondent à un mélange de phase h-BN et c-BN, avec dans le meilleur cas, des proportions supérieures à 90%, avec une structure multicouche (Si/a-BN/h-BN orienté/c-BN). La technique mise au point en IR a permis de montrer que l'axe "c" de la sous-couche de h-BN est orientée parallèlement au plan du substrat, permettant ainsi la croissance de c-BN. Ces résultats ont aussi été corroborés par des mesures de microscopie à haute résolution (HRTEM). Tout comme pour les techniques PVD, les deux paramètres pertinents pour la synthèse de c-BN s'avèrent être l'énergie et l'importance des flux des ions incidents. Par ailleurs, des analyses électriques nous ont permis de mettre en exergue quelques propriétés du BN comme sa sensibilité à l?humidité de l?air ambiant et sa résistivité élevée, ce qui devrait permettre de mieux cerner mes précautions d?usage de la réalisation de dispositifs microélectroniques
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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