Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Semiconducteurs – Attaque à l'acide“

Mon projet de thèse implique la préparation de matériaux à base de nanofils de silicium, exploitant la solution de manière synthétique : gravure chimique assistée par métal (MaCE). J'ai pu pleinement caractériser depuis le point de vue morphologique des différents nanofils obtenus à partir de substrats à différentes concentrations de dopants, différentes espèces de dopants. La température d'attaque, ainsi que la concentration d'Ag + dans la solution. Les résultats autorisent à ouvrir une réflexion et une théorie avancée sur différents aspects de gravure, du transfert électronique de la localisation de l'attaque. MaCE permet la synthèse d'un métamatériau, introduit en 2014 par Davis et al, consistant à partir d'une membrane de silicium sur laquelle un réseau de nanofils de silicium et définition du "métamatériau nanophononique (NPM) ". NPM avec différentes épaisseurs de membrane ont été produites à partir d'une plaquette polie double face de 200 microns d'épaisseur, sur laquelle ils étaient produit les nanofils par MaCE, sur les deux faces. En choisissant la longueur des nanofils, il était possible d'ajuster l'épaisseur de la membrane résiduelle. Les caractérisations électriques et thermoélectriques ont montré comment le compartiment électronique du NPM est maintenu. La caractérisation thermique d'une membrane d'une épaisseur de 62 microns a obtenu une conductivité thermique égale à 36% de celui du silicium en vrac. Ce matériau nous permet donc de découpler la conductivité électrique (régulée par les caractéristiques de la membrane) de la conductivité thermique (contrôlée par la présence des nanofils), ce qui le rend idéal pour des applications thermoélectriques
My thesis project involves the preparation of materials based on silicon nanowires, synthetically exploiting solution: metal-assisted chemical etching (MaCE). I have been able to fully characterize sinc emorphological point of view the different nanowires obtained from substrates at different dopant concentrations, different dopant species. The temperature of attack, as well as the concentration of Ag + in the solution. The results allowed to open a reflection and an advanced theory on different aspects engraving, from electronic transfer to localization of the attack. MaCE allows the synthesis of ametamaterial, introduced in 2014 by Davis et al, consisting of from a silicon membrane on which a network of silicon nanowires and definition of "nanophononic metamaterial (NPM) ". NPM with different membrane thicknesses were produced from a 200 micron thick double-sided polished wafer, on which they were produced the nanowires by MaCE, on both sides. By choosing the length of the nanowires, it was possible to adjust the thickness of the residual membrane. Characterizations electric and thermoelectric have shown how the electronic compartment of the NPM is maintained. The thermal characterization of a membrane with a thickness of 62 micron has obtained a thermal conductivity equal to 36% of that of bulk silicon. This material therefore allows you to decouple the electrical conductivity (regulated bymembrane characteristics) thermal conductivity (controlled by the presence of nanowires), which makes it ideal for thermoelectric applications

La physique des polaritons de microcavité étudie le couplage fort lumière/ matière dans les hétérostuctures de semiconducteurs. Les polaritons apparaissent comme de "bons" bosons mais avec un temps de vie court nécessitant une étude hors-équilibre. La possibilité de leur condensation de Bose a été recherchée essentiellement via les équations de Boltzmann. Dans ce travail, ces équations sont étendues et résolues analytiquement sur un modèle simplifié et numériquement pour des structures réalistes, par le biais de la matrice densité de l'état fondamental puis avec une équation de Boltzmann pilote. La formation spontanée de la cohérence est obtenue. La polarisation du système est etudiée en rapport avec la condensation et un lien est établi entre phase et polarisation linéaire, faisant de la polarisation un paramètre d'ordre pour la condensation de particule de temps de vie finie avec dégénérescence de spin. Finalement, le couplage fort dans les puits quantiques est comparé au cas atomique

Dans le cadre d’un contrat RMNT en collaboration avec Elvion Veeco, LPN et Alcaltel OPTO+, nous avons développé un modèle 2D de gravure de GaAs par Ar+/Cl2 en utilisant le procédé CAIBE (Chemically Assisted Ion Beam Etching). Deux types de structures ont été étudiés : des structures mesas ou rubans et des structures de type tranché. Dans les deux cas, une étude paramétrique a été effectuée afin de mettre en évidence le rôle des différents paramètres machine et physico-chimiques sur l’évolution de la morphologie de gravure. C’est ainsi que nous avons bien montré le rôle de débit de chlore et la température de substrat dans l’élimination de certains défauts de gravure comme le trenching et le faceting. Aussi, nous avons aussi étudié les effets non linéaires de la température de substrat sur la vitesse de gravure. Le bon accord entre mes résultats de notre modèle et ceux obtenus expérimentalement sur un spectre plus large en température, débit de chlore et courant ionique prouve que notre modèle de gravure est un bon outil de prédiction des profils de gravure pour des structures adaptées à l’industrie optoélectronique et permet de contribuer à l’optimisation des étapes de gravure CAIBE
This project is carried out under RMNT contract of research ministry and in collaboration with Elvion Veeco, LPN and Alcaltel OPTO+. It concerns the development of 2D etching model of GaAs by Ar+/Cl2 using chemically assisted ion beam etching process (CAIBE). This model allows to study the etching rate and the etch profile evolution in time and space as a function of the experimental conditions of CAIBE machine. The 2D etching model takes into account of several local surface phenomena such as the neutral reflection on the surface elements, the shadowing effects of neutrals and ions, the angular dependence of sputtering yield and mask erosion. Good agreements between the simulation results and the experiments have been obtained. This affirms that our model can be considered as a good tool to predict the etch profile evolution for the optoelectronic applications

Des couches de a-SiO2 déposées sur un substrat de Si ont été irradiées avec des ions lourds. L'endommagement en surface est étudié à l'aide de la Microscopie à Force Atomique (AFM). Pour des pertes d'énergie électronique supérieure à 16. 0 keV/nm, des bosses apparaissent en surface. La hauteur de ces bosses diminue quand l'épaisseur de la couche d'oxyde augmente. Les études de Spectroscopie Infrarouge montrent que le seuil d'endommagement pour le a-SiO2 est autour de 2. 0 keV/nm. Alors, il est probable que la formation de ces bosses en surface ait son origine dans le substrat de Si. Le modèle de la pointe thermique conforte l'hypothèse que la création des bosses est liée à la réponse du Si. Ce modèle indique un seuil d'endommagement de 1. 8 keV/nm (a-SiO2) et 8. 0 keV/nm (Si). L'attaque chimique après irradiation offre une possibilité technique de réaliser des trous nanométriques avec des dimensions et formes contrôlables. Il est aussi possible de déterminer le rayon de la pointe AFM.

Le but de ce travail de thèse est de mieux comprendre la réaction de siliciuration du système Ni-Si utilisée dans les technologies MOS, et d'écrire un modèle permettant de simuler la croissance et les contraintes associées afin d'évaluer l'impact pour le transistor. Ce travail se compose de quatre parties. La première partie offre une revue concernant les mécanismes de changement de phase de Ni-Si. Elle comporte un état de l'art des phénomènes de diffusion associés et des réactions à l'état solide qui conduisent aux différents siliciures. La deuxième partie rapporte différents résultats expérimentaux (XRD et résistance carrée) permettant de caractériser le système Ni-Si. La caractérisation de la contrainte pendant et après la formation est réalisée grâce à des mesures de rayon de courbure. Enfin, le LACBED met en évidence des déformations dans le silicium spécialement en bordure de zone active et au voisinage de grains désorientés. La troisième partie décrit le développement numérique du modèle de siliciuration. Il met en jeu un calcul couplé diffusion-mécanique. Dans le problème de diffusion, l'espèce diffusante est le nickel, mais avec des fronts de diffusion qui peuvent se déplacer vers le silicium, ou au contraire "en arrière", en reconsommant une siliciure déjà formé. Le problème de mécanique fait intervenir des lois viscoplastiques différentes pour chaque composé, et une loi d'homogénéisation "en bêta" pour prendre en compte de façon glovale les propriétés de certains composés biphasés. Afin de pouvoir utiliser les mesures de courbure sous recuit anisotherme, un modèle de croissance semi-analytique de Ni2Si est développé. Finalement, en dernière partie, les calibrations des propriétés mécaniques et cinétiques du modèle EF sont réalisées à partir des résultats expérimentaux. Une validation du modèle est proposé grâce au CBED : le splitting des lignes est relatif à l'amplitude des déformations dans le silicium. Cette approche qualitative met en évidence les déformations du silicium transmises par le siliciure par une méthode inverse.

Les semiconducteurs III-V antimoniés suscitent un intérêt grandissant pour les applications électroniques rapides et faible consommation. Ces matériaux de paramètre de maille supérieur à 6,1 Å se caractérisent par des mobilités élevées et offrent une souplesse inégalée pour l’ingénierie des bandes. En particulier, le composé ternaire GaInSb se pose comme un candidat de choix pour la base des transistors bipolaires à hétérojonction du fait de sa haute mobilité de trous. L’objectif de cette thèse est d’évaluer la faisabilité et les potentialités d’une nouvelle filière de TBH à base d’antimoine en s’appuyant sur des hétérostructures originales AlIn(As)Sb/GaInSb. La réalisation de composants dans ce système moins bien connu que les systèmes plus classiques InP/InGaAs ou InP/GaAsSb a nécessité le développement de briques technologiques propres. L’étude de solutions de gravure pour la réalisation des mesa a notamment été entreprise et a permis d’identifier de nouvelles solutions chimiques adaptées à la gravure sélective de ces matériaux. Une attention particulière a également été portée sur la minimisation des résistivités spécifiques de contact qui a permis de dégager les paramètres critiques à l’obtention de contacts ohmiques de bonne qualité sur les couches en GaInSb de types n et p. La technologie développée a rendu possible la fabrication de dispositifs présentant des fréquences de coupure fT de 52 GHz et fMAX de 48 GHz. La caractérisation électrique précise tant en régime statique que dynamique des composants fabriqués ainsi que l’extraction du modèle petit signal nous ont permis de déterminer les principales limitations de ces dispositifs
The so-called ABCS (antimonide-based compound semiconductor) materials have a great potential for low power, high speed electronics as they have high electron and hole mobilities and provide a unique opportunity for bandgap engineering. The ternary material GaInSb has specifically recently emerged as a good candidate for the base layer of high performance heterojunction bipolar transistors (HBT). The purpose of this work is to demonstrate the feasibility and potentialities of a new antimonide-based HBT structure using AlIn(As)Sb/GaInSb heterojunctions. The fabrication of devices in this material system represents a new technological approach as compared to the conventional InP/GaInAs or InP/GaAsSb HBTs and has necessitated the development of various processing steps. In this study, we have investigated new selective chemical solutions to expose the base and the subcollector surface, as well as for achieving device isolation. High quality and reliable ohmic contacts has also been explored by investigating the factors that influence the specific contact resistivity, thermal stability, and shallowness of the ohmic contacts to n- and p-GaInSb. The fabricated devices demonstrated good microwave behaviour with a current gain cutoff frequency fT of 52 GHz and a maximum oscillation frequency fMAX of 48 GHz. Electrical analysis based on dc and RF measurements and a small signal equivalent circuit model enabled the determination of the limiting factors that need to be addressed for further improvement

L'histoire de la micro électronique, qui a débuté avec l'invention du transistor il y a cinquante ans, a montré l'effet bénéfique de la miniaturisation: davantage de transistors fonctionnent à plus hautes fréquences, sont plus fiables et moins onéreux. Toutefois, le passage à la nanoélectronique en tant qu'électronique du futur est un défi aussi bien dans la fabrication que dans le fonctionnement des transistors. Ce travail de thèse propose une étude de synthèse des nanofils et des nanostructures 3D de silicium. D'abord, la croissance des nanofils de silicium par la technique VLS et SLS ont été mises en œuvre. Des fils dont le diamètre est compris entre 15 et 100nm pour une longueur de quelques microns sont obtenus. Nous avons pu avoir un contrôle sur la taille ainsi que sur la position des nanofils en contrôlant le temps, la taille du catalyseur et la température. Ensuite, nous nous somme intéressés à l'étude des propriétés optiques des nanofils. Nous avons montré que ils ont une faible photoluminescence que nous avons réussi à améliorer et à la rendre stable par un traitement à la vapeur d'eau sous haute pression. Enfin, nous avons développé une autre technique de fabrication qui consiste à graver chimiquement une surface de silicium structurée par une lithographie direct, c'est-à-dire sans passer par une étape de résinage. La lithographie directe a été effectuée en utilisant un faisceau d'électrons et également un faisceau d'ion. Quant à la gravure chimique, elle a été réalisée dans des solutions anisotropes, (TMAH et KOH). Cette technique a permis la réalisation de nanofils et des nanostructures 3D de morphologie contrôlee.

Situé entre la lumière visible et les micro-ondes, le domaine de fréquence térahertz (THz) est une zone du spectre électromagnétique encore peu exploitée. Il existe pourtant de nombreuses applications : détection de polluants, contrôle de qualité, imagerie médicale, télécommunications à très haut débit... Cependant, à ce jour, il n'existe pas de sources accordables, compactes, efficaces, fonctionnant à température ambiante et de faible coût. L'opto-électronique répond en partie à ces besoins grâce aux photodétecteurs sensibles à une longueur d'onde de 800 nm. L'utilisation d'une longueur d'onde de 1550 nm permettrait de bénéficier de la disponibilité de sources optiques relativement peu onéreuses et compactes et d'un système fibré.
Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à un photodétecteur prometteur avec une fréquence de coupure potentiellement élevée et de bonnes caractéristiques en régime de saturation : la photodiode à transport unipolaire (UTC-PD).
La première partie de ce travail a consisté à développer un procédé de réalisation technologique d'UTC-PDs intégrées de façon monolithique à des guides d'ondes coplanaires pour la génération d'impulsions picosecondes. Ces dispositifs ont été caractérisés par échantillonnage électro-optique et ont généré des impulsions électriques de quelques picosecondes de largeur à mi-hauteur.
Dans un second temps, l'intégration monolithique d'UTC-PD avec une nouvelle antenne THz large bande a permis la génération d'ondes THz monochromatiques (1,1 µW à 940 GHz) par mélange hétérodyne de deux sources lasers continues de longueur d'onde autour de 1550 nm. Des mesures de spectroscopie de gaz à 1,4 THz ont aussi été réalisées.

Face aux problématiques de gestion des sédiments de dragage portuaire, aujourd'hui, il apparait nécessaire de trouver des solutions potentielles de valorisation permettant de répondre efficacement à ces problématiques. La valorisation en génie civil, des sédiments des port de Saint Louis et de Dunkerque, présente une solution alternative à la gestion de ces matériaux. les travaux menés dans le cadre de cette thèse se focalisent d'une part, sur la valorisation des sédiments de Saint louis en technique routière et d'autre part, sur la valorisation des sédiments de Dunkerque en béton ainsi qu'en granulats artificiels. Après la caractérisation physico-chimique, minéralogique et mécanique, l'impact environnemental des sédiments bruts du Port de Saint Louis et le potentiel d'utilisation de ces matériaux en technique routière sont évalués. L'étude de formulation de matériaux, pour une utilisation en couche de fondation, s'est fondé sur une méthode expérimentale de détermination de compacité maximale. les mélanges granulaires optimaux remplissent les conditions d'utilisation en couche de fondation sont ensuite évalué au travers d'essais de lixiviation. La partie béton concerne la formulation des bétons à base de sédiment. Après la caractérisation de ces matériaux, trois bétons ont fait l'objet d'une étude de durabilité face à l'attaque sulfatique externe associé à une caractérisation non destructive en vue d'étudier l'influence d'incorporation des sédiments sur les propriétés des bétons. La partie granulats artificiels présente d'étude de faisabilité de granulats à base de sédiments, l'assiette granulaire et la technique de big-bag sont les deux méthodes de confection utilisées
In front of problems of management of harbour dredging sediment, today, it appears necessary to find potential solutions of valosisation allowing to answer effectively these problems. the valorisation in civil engineering, of not immergeables sediments of ports of Dunkirk and Saint Louis, presents an alternative solution to the management of these materials. the works undertaken within the framework of this thesis are focused on the one hand, on the valorisation of Saint Louis sediment in road construction, and the other hand on the valorisation of Dunkirk sediment in concrete as well as artificials agregates. After physicochimical characterisation, mineralogical and mechanical, environmental impact of raw sediment of Saint Louis harbour and the potential use of these materials in road constuction are evaluated. the study of formulation of materials, for use in layer fondation, was based on an experimental method of determination of maximum compactness. The optimal granular mixtures fulfilling the terms of a use in a layer fondation are the evaluated through leaching tests. The concrete party concerns the formulation of the concretes containing Dunkerk sediment. After the characterisation of these materials, three concretes were the object of a durability study vis-a-vis the external sulphate attack associated with a not destructive characterisation in order to study the influence of incorporation of sediment on properties of concretes. The artificial aggregates party presents the feasibility study of aggregates with sediment, the granular plate and the big-bag technique are two making method used

Les cellules solaires à base de nanofils de silicium offrent une alternative intéressante pour la réalisation de panneaux photovoltaïques à haut rendement et à faible coût. Elles bénéficient notamment des excellentes propriétés optiques des nanofils qui forment une surface à très faible réflectivité tout en piégeant efficacement la lumière. Dans cette thèse, nous utilisons et améliorons une méthode de gravure chimique peu coûteuse et industrialisable pour la fabrication de forêts de nanofils de silicium. En adaptant la mouillabilité du substrat et des nanofils, nous avons remédié au problème d'agglomération inhérent à cette méthode lorsqu’on veut obtenir des forêts denses et désordonnées de nanofils. En combinant cette méthode de gravure chimique à la lithographie assistée par nanosphères, nous avons pu fabriquer des réseaux ordonnés de nanofils avec un contrôle précis des propriétés géométriques (diametre des nanofils et distance entre eux). Les propriétés optiques de ces réseaux ont été étudiées théoriquement et expérimentalement afin d'identifier les configurations optimales. Nous avons ensuite fabriqué des cellules solaires à partir de ces différents types de nanofils et deux types de structures. Le premier type, des cellules solaires HIT (Hétérojonction avec couche mince Intrinsèque) à base de nanofils de silicium, a été fabriqué par RF-PECVD. L'optimisation des conditions de dépôt plasma nous a permis d'obtenir des cellules solaires hautement performantes: rendements de 12,9% et facteurs de forme au-delà de 80%. Le second type, des cellules solaires hybrides, est basé sur la combinaison d'une couche organique et des nanofils de silicium. La caractérisation des cellules fabriquées montre des rendements prometteurs. Enfin, nous présentons des résultats préliminaires pour transférer ces concepts à une technologie couches minces
Silicon Nanowire (SiNW) based solar cells offer an interesting choice towards low-cost and highly efficient solar cells. Indeed solar cells based on SiNWs benefit from their outstanding optical properties such as extreme light trapping and very low reflectance. In this research project, we have fabricated disordered SiNWs using a low-cost top-down approach named the Metal-Assisted-Chemical-Etching process (MACE). The MACE process was first optimized to reduce the strong agglomeration observed at the top-end of the SiNWs by tuning the wettability properties of both the initial substrate and the SiNWs surface. By combining the MACE process with the nanosphere lithography, we have also produced ordered SiNW arrays with an accurate control over the pitch, diameter and length. The optical properties of these SiNW arrays were then investigated both theoretically and experimentally in order to identify the geometrical configuration giving the best optical performance. Disordered and ordered SiNW arrays have been integrated into two types of solar cells: heterojunction with intrinsic thin layer (HIT) and hybrid devices. SiNW based HIT devices were fabricated by RF-PECVD and the optimization of the process conditions has allowed us to reach efficiency as high as 12.9% with excellent fill factor above 80%. Hybrid solar cells based on the combination of SiNWs with an organic layer have also been studied and characterized. The possible transfer of this concept to the thin film technology is finally explored