Étude du dopage laser en phases solide et liquide : application à la formation de jonctions ultra-minces dans le silicium

COUTANSON, Stéphane Daniel (2008) Étude du dopage laser en phases solide et liquide : application à la formation de jonctions ultra-minces dans le silicium. Thèses de doctorat, Université Louis Pasteur.

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Résumé

Dans ce travail de thèse a été étudié une méthode de dopage laser simple utilisant des films d’oxyde dopé comme sources de dopant (jusqu'à 2.1021 cm-3), déposés sur la surface du silicium par centrifugation. Des pulses laser excimer, courts (20 ns) et longs (200 ns), ont servi à déposer une grande quantité d'énergie en peu de temps dans la région proche de la surface. Dans des conditions appropriées, l'irradiation entraîne la fonte de surface et l’incorporation du dopant par diffusion en phase liquide. Dans d’autres conditions, nécessitant une quantité moindre d'énergie déposée à la surface, la diffusion des dopants est opérée en phase solide. Dans un premier chapitre de ce mémoire de thèse, sont développés les fondamentaux théoriques permettant la compréhension du sujet (cristallographie et propriétés optiques et thermiques du silicium, mécanismes de dopage et de diffusion dans le silicium, physique des lasers, interaction laser – matière). Le deuxième chapitre traite du dopage laser, le choix du procédé y est motivé, faisant suite à une revue bibliographique des principales méthodes de dopage et de diffusion. La voie du troisième chapitre est alors ouverte et est l’occasion de présenter les simulations numériques 1D et 2D, le modèle thermique utilisé et les résultats des simulations numériques de l’interaction laser-matière. Dans le quatrième et dernier chapitre, est proposée, en plus de la présentation des dispositifs expérimentaux (implanteur ionique, sources laser et homogénéiseur…), une analyse des résultats (SIMS, RBS, spectroscopie micro-Raman, 4 pointes, I(V), C(V)…). Finalement, des perspectives d’amélioration du procédé sont discutées avant de conclure.

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