Contribution à l’étude des effets liés au transport de l’hydrogène dans les couches minces et les dispositifs à base de silicium amorphe et microcristallin
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In this thesis, some aspects of the transport of hydrogen through hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) and microcrystalline silicon (µc-Si:H) have been approached. After improving the experimental setup intended to the measurement of hydrogen effusing from a-Si:H under illumination, we showed that effusing hydrogen diffuses in the material as a molecule, since the recombination of atomic H occurs inside the material. Moreover, even though the small account of effused hydrogen, illumination induces substantial modifications in H configurations, as proven by both spectroscopic ellipsommetry and thermal hydrogen effusion measurement. The second part is devoted to the crystallisation kinetics of doped and intrinsic a-Si:H by chemical transport. The special feature of p-type a-Si:H, in comparison with i- and n- types due to boron effects which reduce the etching rate and enhance the H diffusion necessary to chemical annealing, has also benn confirmed. We have proposed a trap-limited diffusion model to interpret the "unusual" hydrogen evolution as soon as the growth of µc-Si:H starts. As for the third part, it focuses on the pelling-off effects occuring in µc-Si:H layers used in the production of field-effect transistors. These effets are attributed on the one hand to an accumulation of hydrogen at the substrate interface, and on the other hand, to interfacial stress. Finallu, we have pointed out that a preliminary and sustainable H-plasma on the substrate changes the hydrogen distribution within the deposited µc-Si:H layer, and prevent its pelling-off
Abstract FR:
Dans cette thèse nous nous sommes intéressés à certains aspects liés au transport de l'hydrogène dans le silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H) et microcristallin (µc-Si:H). Après avoir amélioré le dispositif expérimental dédié à la mesure de l'hydrogène effusant de a-Si:H sous éclairement, nous avons mis en évidence que, avant d'effuser, lh'ydrogène diffuse dans le matériau sous forme moléculaire, car la recombinaison a lieu au sein du matériau. De plus, bien que la quantité d'hydrogène effuséee hors de l'échantillon soit très faible, les mesures d'ellipsométrie et d'exodiffusion thermique montrent que l'éclairement modifie considérablement la distribution de l'hydrogène dans le matériau. Dans une deuxième partie nous avons observé par ellipsométrie spectroscopique la cinétique de cristallisation par transport chimique de couches de a-Si:H dopé et intrinsèque. Nous avons auinsi confirmé le caractère particulier de a-Si:H de type p, par rapport aux types i et n, du fait du bore qui ralentit la gravure et favorise la diffusion de l'hydrogène nécessaire au recuit chimique. Nous avons conçu un modèle de diffusion limitée par les pièges afin d'interpréter la sortie de l'hydrogène de l'échantillon dès que la cristallisation commence. Dans une troisième partie, nous avons étudié les phénomènes de pelage se produisant dans les couches de µc-Si:H utilisées dans la fabrication de transistors à effet de champ. Ces effets sont attribués d'une part à l'accumulation de l'hydrogène à l'interface avec le substrat et d'autre part aux contraintes mécaniques présentes aux interfaces. Nous avons mis en évidence qu'un plasma H2 prolongé sur le substrat prévenait le pelage