Ce travail de thèse consiste en une étude approfondie du comportement de l'oxyde de silicium implanté Kr ou Xe pour son application comme matériau à faible constante diélectrique. Deux volets sont examinés: une étude structurale par l'utilisation de plusieurs techniques (RBS, PL, MET et PAS) et une étude de la variation de la constante diélectrique par utilisation de la spectroscopie IR avec le développement d'un modèle de la fonction diélectrique et des mesures C(V). Pour la caractérisation structurale, les principaux résultats confirment pour le cas du Kr, une distribution homogène de ce dernier jusqu'à 400°C. Pour le cas du Xe, le profil de distribution en profondeur de Xe est quasi-gaussien. Le Xe reste stable dans le SiO2 jusqu'à 900°C et désorbe à 1100°C et les bulles se transforment en cavités. Les bulles sont formées au niveau du pic des lacunes (p(lacunes)R). Alors qu’en l’absence des bulles, le Xe se localise à la profondeur de fin de parcours du Xe (RpXe) calculée par SRIM. On note aussi la présence de défauts chargés négativement et des défauts paramagnétiques E'. Ces défauts négatifs disparaissent après un recuit à 750°C. La forme des bulles, pour les deux cas Xe et Kr, est influencée par la position de l'interface SiO2/Si; sans doute à cause de la différence des modules d'Young des deux matrices. L'IR et les mesures C(V) ont permis de montrer que l'implantation des deux gaz fait diminuer la valeur de la constante diélectrique jusqu'à 2.8 pour le cas Kr et entre 1.8 et 2.4 pour le cas Xe. La cohérence des résultats obtenus par les deux techniques montrent bien que ces deux gaz rares peuvent être utilisés pour la réalisation de SiO2 de faible constante diélectrique avec un impact plus important quand le Xe est utilisé. Cette étude a permis aussi de montrer la contribution de la polarisabilité et de la porosité sur la réduction de la valeur de la constante diélectrique du SiO2 implanté. / This thesis aims to get a deep insight of Kr and Xe-implanted amorphous SiO2 for its possible application as low-k material. This work is divided in two parts: Two sides are examined: a structural study by using several techniques (RBS, PL, MET et PAS) and investigation of the evolution of the dielectric constant by using IR spectroscopy with a dielectric function model developing and C-V measurements. From structural characterization, our main results confirm, in the case of Kr implantation, an homogeneous distribution for temperature up to 400°C. For Xe, the distribution profile is quasi-gaussian. Xe remains stable in SiO2 then desorbs completely at 1100°C. We demonstrated that Xe-bubbles are located at the projected range of vacancies (RPV) as simulated by SRIM. However, we also showed that if Xe dose is not higher enough to induce bubbles, Xe is located at RP. Such a behavior helps understanding the formation of Xe-bubbles in SiO2. We reported the presence of negative defects charge and the paramagnetic defects E'. These defects disappear after 750°C annealing. The shape of bubbles induced by both Kr and Xe is SiO2/Si interface dependent. They are spherically shaped when interface is closed and quite irregular when this one is far. Differences in Young Modulus of Si and SiO2 can probably explain such a behavior. IR and C-V measurements show that Xe and Kr implantation result in decreasing the dielectric constant value down to 2.8 in the Kr case and in the range 1.8-2.4 in the Xe case. The good agreement between k values provided by IR and C-V measurements clearly valids the fact that Kr or Xe-implantation in SiO2 is a powerful approach to building low-k dielectrics. With Xe leading to a higher decrease. This study has also pointed out the contribution of both the polarisability and the porosity in the reduction of the dielectric constant of the implanted SiO2.

Les dispositifs à base de GaN et ses alliages sont de plus en plus présents dans notre quotidien avec le développement exponentiel des diodes électroluminescentes (LED). Bien que la majorité des productions commerciales soient pour le moment effectuées sur substrat saphir, le silicium, disponible en de plus grands diamètres et pour un coût moindre, est de plus en plus pressenti comme le substrat d’avenir pour le développement des technologies GaN. L’utilisation de ce substrat devrait aussi permettre le développement du marché de l’électronique de puissance du GaN basée sur les transistors à haute mobilité électronique (HEMT) dont les performances dépassent les limites des technologies silicium. Néanmoins, afin de permettre ou faciliter le développement de dispositifs avancés, certaines briques technologiques sont nécessaires comme le dopage par implantation ionique. L’utilisation du GaN soulève des problématiques nouvelles pour ces briques technologiques.Au cours de cette thèse nous avons donc cherché à implémenter le procédé de dopage par implantation ionique du GaN et son étude au sein du CEA-LETI en nous focalisant principalement sur le dopage p par implantation de Mg. Nous avons identifié les principales problématiques liées aux propriétés intrinsèques du matériau (difficulté du dopage p, instabilité à haute température…) et les solutions les plus prometteuses de la littérature. Nous avons ensuite cherché à mettre en place notre propre procédé en développant des couches de protection déposées in-situ pour permettre les traitements thermiques à haute température des couches implantées. Cela a rendu possible l’étude des cinétiques d’évolution des couches implantées pendant des recuits « conventionnels » (rampes < 10 °C/min, durée de plusieurs dizaines de minutes, T < 1100 °C) en utilisant notamment des caractérisations de photoluminescence (µ-PL) et de diffraction des rayons X (XRD). Nous avons aussi mis en évidence un effet de diffusion et d’agrégation à haute température du Mg implanté. Nous avons ensuite cherché à modifier le procédé d’implantation (implantation canalisée, co-implantation) pour favoriser l’intégration du dopant et limiter la formation de défauts. En parallèle nous avons évalué l’intérêt de recuits secondaires (recuits rapides (RTA), recuit laser, micro-ondes) afin de finaliser l’activation du dopant. Finalement nous avons aussi mis en place un procédé de caractérisation électrique de couche de GaN dopées au sein du laboratoire. / GaN-based devices and their alloys are increasingly present in our daily lives with the exponential development of light-emitting diodes (LEDs). Although the majority of commercial production is currently carried out on sapphire substrates, silicon, available in larger diameters and at a lower cost, is increasingly seen as the substrate of the future for the development of GaN technologies. The use of this substrate should also allow the development of the GaN power electronics market based on high electron mobility transistors (HEMTs) whose performances exceed the limits of silicon technologies. Nevertheless, in order to allow or facilitate the development of advanced devices, specific processes are necessary such as doping by ion implantation. The use of GaN raises new problems for these technological bricks.During this thesis we therefore sought to implement the ion implantation doping process of GaN and its study within the CEA-LETI while focusing mainly on p doping by Mg implantation. We have identified the main issues related to the intrinsic properties of the material (difficulty of p-doping, instability at high temperatures...) and the most promising solutions in the literature. We then sought to implement our own process by developing in-situ protective layers to allow high temperature annealing of the implanted layers. This enabled the study of the evolution kinetics of the implanted layers during "conventional" annealing (ramps < 10 °C/min, duration of several tens of minutes, T < 1100 °C) using photoluminescence (µ-PL) and X-ray diffraction (XRD) characterizations. We also evidenced a diffusion and aggregation effect at high temperature of the implanted Mg. We then sought to modify the implantation process (channeled implantation, co-implantation) to promote the integration of the dopant and limit the formation of defects. In parallel we evaluated the interest of secondary annealing (Rapid thermal annealing (RTA), laser annealing, microwave) in order to finalize the activation of the dopant. Finally we also set up an electrical characterization process for doped GaN layers in the laboratory.

Orientador: Francisco das Chagas Marques / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-04T15:07:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Viana_GustavoAlexandre_M.pdf: 3366842 bytes, checksum: 8c8e197604709bdb58680d545de2f736 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Neste projeto de tese de mestrado apresentamos os resultados de medidas de ressonância paramagnética eletrônica (RPE), realizadas em filmes de nitreto de carbono amorfo (a-C1-xNx(:H)), depositados por duas técnicas diferentes, conhecidas como: Glow Discharge (GD) e Dual Ion Beam Assisted Deposition (DIBAD). Os principais parâmetros obtidos como: A concentração de centros paramagnéticos (CCP), fator (ou valor) g e largura de linha (.Hpp), típicos para a espectroscopia de RPE, são analisados em termos das mudanças promovidas pelo nitrogênio incorporado em nossas amostras de a-C1-x Nx(:H), ao lado de resultados já publicados por outros grupos em temas próximos ao aqui desenvolvido. Diferente da tendência apresentada por outros filmes de carbono amorfo (a-C), depositados por diferentes técnicas, onde se observa que a CCP aumenta, ~10 20 cm -3 , conforme o gap óptico diminui, ~1,0 eV, este último em função da presença de clusters grafíticos maiores, nossas amostras de a-C, principalmente aquelas depositadas por DIBAD, mostram-se claramente fora deste comportamento, como será apresentado, com uma concentração de centros paramagnéticos da ordem de 10 18 cm -3 para um gap óptico de 0 eV. Atribuímos a este comportamento, uma diferenciação entre quais tipos de centros paramagnéticos (localizados ou itinerantes), em função do tamanho do gap óptico, são os responsáveis pelo sinal de RPE observado / Abstract: In this present work, measures of Electron Paramagnetic Resonance (EPR) on amorphous carbon nitride films (a-C1-x Nx(:H)), deposited by two different techniques known as Glow Discharge (GD) and Dual Ion Beam Assisted Deposition (DIBAD), will be presenting. The parameters like Paramagnetic Centers Concentration (PCC), g value and linewidth, ordinary within the EPR spectroscopy, are analyzed as the nitrogen is incorporated promoting some structural changes into the our a-C1-x Nx(:H) samples, and besides to results reporting by others groups working in subjects close to that here developed. Differently of the behavior showed by others amorphous carbon films (a-C) deposited by several different ways, where the paramagnetic centers get rise, ~10 20cm -3 , as the optical gap drops, ~ 1.0 eV, due the presence of the largest clusters of graphite sheets, our a-C samples, mainly the ones deposited by DIBAD, presenting in a straight disagree according to this trend, as it will be later explored, with a PCC around 10 18 cm -3 and a 0 eV for the optical gap. We have attributed to this behavior, a transition between localized and itinerant centers, respectably for large and small gap, whose are the responsible for the EPR signal observed. / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Dans les industries de procédés, les opérations de pompage et de transformation sont fondamentales et omniprésentes. Durant ces opérations unitaires (incluant des transferts de chaleur, de matière et de quantités de mouvement), les produits évoluent (réactions chimiques et biochimiques, croissances microbiennes, traitements thermiques, etc.) induisant dans de nombreux cas des phénomènes d'encrassement avec des cinétiques et des intensités variables. Les recherches issues de l’INRA ont conduit à la mise au point d’un capteur d’encrassement basé sur une analyse thermique différentielle et locale. Ce dernier permet le contrôle en continu et en ligne du niveau d’encrassement d’un équipement et a été protégé par brevet. L’entreprise Neosens a acquis une licence d’exploitation exclusive sur ce brevet afin de développer et commercialiser le produit dont les limites sont maintenant connues.Dans ce travail, nous visons à atteindre deux objectifs majeurs en vue de répondre aux nouvelles problématiques posées. Le premier doit permettre la mise au jour d’un capteur d’encrassement en utilisant les technologies microsystèmes. Le second vise la validation d’un nouveau mode de fonctionnement et d’une méthode pour le contrôle de l’encrassement. Ce travail s'appuie naturellement sur les travaux antérieurs et les principales phases de recherche ont porté sur la conception, la réalisation et l'intégration d'éléments sensibles sur les bases technologiques des microsystèmes, l'intégration des régimes thermiques permanent et périodique associés au traitement en ligne du signal et à la validation expérimentale aux échelles laboratoire, pilote et industrielles des géométries et configurations nouvelles.Les travaux de recherche ont permis de fiabiliser et d’améliorer considérablement les performances métrologiques. Le microsystème réalisé apparaît comme complémentaire du capteur existant en termes de limites de détection et de quantification. / In industrial processes including agro and bioprocess, fouling is considered to be a complex and misunderstood phenomenon. Unit operations (including heat, mass and momentum transfers) are carried out in continuous, batch or fed-batch processes. During these operations, the products may evolve (chemical and biochemical reactions, microorganisms growth and activity, etc.) and fouling may occur with a wide range of kinetics from minutes up to years and dimensions from micrometers up to centimeters. Research issued from INRA led to develop a fouling sensor based on local differential thermal analysis and to patent this system. The device enables on-line and continuous monitoring of fouling propensity. Neosens company acquired an exclusive licence and develop and commercialize the sensor whose operating limits are known. In this work, our scientific and technological objectives are to break new locks through: (i) the realization of a fouling sensor based on microsystems technologies, (ii) the investigation and validation of an alternative thermal working mode and a method for fouling monitoring. Based on the previous work, our research deals with conception, realisation and integration of components based on microsystems technologies, integration of permanent and periodic thermal regimes with on-line data treatment and experimental validation at laboratory, pilot-plant and industrial scales for new geometries and configurations.This work led to metrology improvement and reliability. The resulting microsensor seems to be a complement of previous sensor regarding detection and quantification limits

Les alliages de cuivre sont utilisés dans de nombreuses applications électriques car ils offrent un bon compromis de résistance mécanique, de résistance à la corrosion et de conductivité électrique. Cependant pour certaines applications comme les contacteurs électriques, des matériaux plus performants sont recherchés. L’affinement de la taille de grains et l’implantation ionique sont deux voies que nous avons explorées dans ce but. Afin d’obtenir un bon compromis entre la dureté, la résistance à la corrosion et la conductivité électrique du cuivre pur (99,90%) et un bronze commercial monophasé contenant 8 % massique d’étain ont été nanostructurés par déformation plastique intense, et ensuite implantés à l’azote. Dans un premier temps, nous avons étudié l’évolution de la dureté des matériaux que nous avons corrélée aux changements microstructuraux induits par déformation plastique intense. Grâce à la microscopie électronique en transmission (MET) et la diffraction des rayons X (DRX), nous avons pu mettre en évidence la formation de grains ultrafins. Et nous avons prouvé que la solution solide CuSn métastable n’était pas décomposée au cours de la déformation. Par ailleurs, il a été montré que l’étain en solution solide favorise l’affinement des grains et que la déformation du CuSn8 à des vitesses plus rapides limite la restauration dynamique des défauts en engendrant une plus grande dureté. Un modèle qualitatif prenant en compte la production et l’annihilation de dislocations a été développé permettant de prédire l’influence des paramètres procès sur l’évolution de la microstructure et de la dureté. La stabilité thermique des nanostructures formées par déformation intense a également été étudiée, notamment par calorimétrie différentielle à balayage. Il a été montré que l’ajout d’étain en solution solide retarde la recristallisation alors que la densité de défauts et donc la force motrice est plus importante. Le Cu et le CuSn8 recristallisés et à grains ultrafins ont été implantés à l’azote. Il a été montré par nanoindentation que les duretés superficielles du Cu recristallisé et du Cu nanostructuré augmentent significativement après implantation. Nous avons mis en évidence par MET (SAED, STEM HAADF et EELS) la formation de nitrures de cuivre qui sont à l’origine du durcissement superficiel. Des nitrures de cuivre ont été également été formés dans le CuSn8 alors qu’aucun nitrure d’étain n’a été détecté. Par ailleurs, il est intéressant de noter que les défauts et notamment les mâcles formées après déformation intense semblent favoriser la diffusion de l’azote et être des sites de germination préférentielle des nitrures de cuivre. / Copper is the most used material in electrical field applications. For electrical contacts, its oxidation behavior, thermal stability and hardness is essential. In this work, we attempted to find the key to make strong, but also conductive metal with a high corrosion resistance by finding an appropriate copper microstructure and surface treatment. It is well known that material properties are determined by their microstructure. Also, it was seen that nitride films enhance the oxidation resistance and the surface hardness. Therefore, to achieve our goal, pure copper and a bronze alloy Cu-8wt. %Sn have been subjected to high pressure torsion to make ultra-fine-grains and the surface was then implanted with nitrogen ions. We have investigated the effect of deformation on the hardness and the thermal stability by Vickers microhardness and DSC measurements. It is shown that tin in solid solution delay the recrystallization of the UFG produced by HPT. Tin also promotes the grain refinement and limit the dynamic annihilation during HPT deformation. Furthermore, a correlation between the properties and the microstructure was done by SEM and TEM analyses. A qualitative model taking into account the production and annihilation of dislocations has been developed to predict the influence of process parameters on the evolution of microstructure and hardness. Recrystallized and UFG Cu and CuSn8 were implanted with nitrogen. It has been shown by nanoindentation that their surface hardness increase significantly after implantation. TEM analyses (SAED, STEM HAADF and EELS) demonstrated the formation of copper nitrides which cause superficial hardening. Copper nitrides were also formed in CuSn8 whereas no tin nitride was detected. Moreover, it is interesting to note that the defects (in particular deformation twins) seem to be preferential nucleation sites for copper nitrides.

La conception des futures générations de capteurs d'images CMOS, nécessite l'intégration de structures 3D telles que les tranchées profondes d'isolation, ou encore l'adoption de nouvelles architectures telles que les capteurs d'images à illumination face arrière. Cependant, l'intégration de telles architectures engendre l'apparition de nouvelles interfaces Si/SiO2, pouvant être la source d'un fort courant d'obscurité Idark, dégradant considérablement les performances électro-optiques du capteur. Ainsi, dans le but d'éliminer le Idark et d'augmenter l'efficacité de collecte et de confinement des photoporteurs au sein de la photodiode, la passivation de ces interfaces par l'introduction d'une jonction fortement dopée a été étudiée. D'une part, la passivation de la face arrière a été réalisée par implantation ionique activée par recuit laser pulsé. Grâce à un traitement très court et localisé, le recuit laser a démontré sa capacité à réaliser des jonctions minces et très abruptes. Une très bonne qualité cristalline ainsi que des taux d'activation avoisinant les 100% ont pu être atteint dans le mode fusion. Le mode sous-fusion quant à lui permet d'obtenir des résultats prometteurs en multipliant le nombre de tir laser. Les résultats électriques ont permis de distinguer les conditions optimales d'implantation et de recuit pour l'achèvement d'un faible niveau de Idark comparable à la référence en vigueur ainsi qu'une bonne sensibilité. Le deuxième axe d'étude s'est intéressé à la passivation des flancs des DTI par épitaxie sélective dopée in-situ. Des dépôts très uniformes de la cavité accompagnés d'une très bonne conformité de dopage le long des tranchées ont pu être réalisés. Les résultats sur lot électrique ont montré un très faible niveau de Idark supplantant la référence en vigueur / In order to maintain or enhance the electro-optical performances while decreasing the pixel size, advanced CMOS Image Sensors (CIS) requires the implementation of new architectures. For this purpose, deep trenches for pixel isolation (DTI) and backside illumination (BSI) have been introduced as ones of the most promising candidates. The major challenge of these architectures is the high dark current level (Idark) due to the generation/recombination centers present at both, DTI sidewalls and backside surfaces. Therefore, the creation of very shallow doped junctions at these surfaces reducing Idark and further crosstalk by drifting the photo-generated carriers to the photodiode region appears as key process step for introducing these architectures. For the backside surface passivation, a very shallow doped layer can be achieved by low-energy implantation followed by very short and localized heating provided by pulsed laser annealing (PLA). In the melt regime, box-shaped profiles with activation rates close to 100% and excellent crystalline quality have been achieved. The non-melt regime shows some potential, especially for multiple pulse conditions. In the optimal process conditions, very low level of Idark comparable to the standard reference has been achieved. In the other side, the passivation of DTI sidewalls has been performed by in-situ doped Epitaxy. Deposited layers with good uniformity and doping conformity all along the DTI cavity have been achieved. The electrical results show Idark values lower than the standard reference