Transistors en couches minces de silicium microcristallin fabriqués à T<180° C : stabilité et mobilité
Institution:
Rennes 1Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
This work deals with the achievement of microcrystalline silicon transistors (Thin film transistors) produced at a temperature below 180°C. This thesis can lead to multiple applications such as OLED flat panel technology, flexible electronics used on intelligent textile. To fit with these applications, it is necessary to produce high performance transistors. This is why, present thesis aims to the production of transistors that follow the good functioning of the expected applications, that is to say a satisfactory mobility and stability. The first top gate transistors using silicon dioxide as gate insulator brought about great performances (40 cm²/Vs). These transistors are not reliable in terms of stability. A lot of questions raised regarding the instability issues. Characterization techniques such as electrical measurements (thermal activation of the conductivity) and physical analysis (SIMS) were useful to determine the origin of the instability. During the insulator deposition, strong diffusion of oxygen goes into the column boundaries of the microcrystalline silicon. The first option was to use a dense structure of microcrystalline silicon. By this way, the threshold voltage shift of the transistors decreased highly. The second option was to develop an insulator, which do not need the use of oxygen during its deposition. Through the use of silicon nitride, N type top gate transistors show a mobility of (2 cm²/Vs) and a good stability. P type transistors were also produced allowing the conception of the CMOS technology with microcrystalline silicon.
Abstract FR:
E travail de thèse porte sur la réalisation de transistors en couches minces (Thin film transistors) de silicium microcristallin fabriqués à une température inférieure à 180°C. Cette thèse permet d’envisager diverses applications allant de la technologie des écrans OLED jusqu’à l’électronique flexible associée au textile intelligent. Pour le bon fonctionnement de ces applications, il est nécessaire de produire des transistors performants. C’est pourquoi ces travaux de thèse visent la fabrication de transistors respectant les conditions pour un bon fonctionnement des applications attendues, c'est-à-dire une dualité mobilité-stabilité satisfaisante. Les premiers transistors en structure « Top-Gate » utilisant l’oxyde de silicium comme isolant de grille ont abouti à d’excellentes performances (40 cm²/Vs). Ces derniers s’avérèrent ne pas être fiable en terme de stabilité. Beaucoup de questions se sont alors posées pour remédier à cette instabilité. Des techniques telles que les mesures électriques (énergie d’activation de la conductivité) et physiques (SIMS) ont permis de comprendre d’où venait le problème. Il s’avère que lors du dépôt de l’isolant, une importante incorporation d’oxygène pénètre dans la structure colonnaire du silicium microcristallin. La première solution consistait donc à utiliser une couche fine de silicium microcristallin. Les transistors ainsi fabriqués ne dérivent que faiblement. La deuxième solution consistait à l’élaboration d’un isolant autre que l’oxygène lors du dépôt. Par le biais du nitrure de silicium, les transistors en structure « Top-Gate » de type N montrent une mobilité de (2 cm²/Vs) et une bonne stabilité. Enfin, des transistors de type P ont été également fabriqués rendant possible la mise au point d’une technologie de type CMOS avec le silicium microcristallin.