Soutenance de thèse de Baydaa OBEID

Mots clés  :  
Génération de seconde harmonique (SHG), passivation, champ électrique d'interface, charges fixes d'oxyde, pièges d'interface, capacité-tension (C-V).


Résumé :
Les performances des dispositifs tels que les MOSFET, les photodétecteurs, les cellules photovoltaïques sont fortement influencée par la qualité des interfaces, en particulier entre les diélectriques et le silicium. La passivation de Si par des diélectriques à forte permittivité (high-k) est connue pour améliorer les propriétés électriques de ces interfaces. Parmi les méthodes utilisées pour caractériser la qualité des interfaces, la génération de seconde harmonique (SHG) est une technique sensible et non destructive prometteuse basée sur l'optique non linéaire. Dans l'approximation dipolaire, la réponse SHG dans les matériaux centrosymétriques (par exemple Si, Al2O3, SiO2, etc.) est nulle. Par conséquent, la réponse SHG contient principalement des informations liées aux interfaces, où la symétrie est brisée. De plus, le signal est renforcé en présence d’un champ électrique (EDC) à l'interface, phénomène appelé EFISH (Electric Field Induced SHG). Comme le champ électrique d'interface est associé aux charges fixes dans l’oxyde (Qox) et/ou aux états d'interface (Dit) entre oxyde et semiconducteur, la technique SHG est donc sensible à ces paramètres électriques. L'objectif de cette thèse est de calibrer la réponse SHG pour la mesure du champ électrique lié aux charges fixes dans les diélectriques. L'extraction d'informations électriques à partir de données expérimentales SHG nécessite la prise en compte de l'influence des phénomènes optiques (absorption, interférences, etc.), ce qui a été réalisé grâce à la modélisation/simulation de la réponse à la seconde harmonique des structures étudiées. Notre programme de simulation est basé sur des modèles théoriques de la littérature que nous avons adaptés pour les multicouches. Les expériences ont été réalisées sur plusieurs couches d'Al2O3 sur Si (100), déposées dans des conditions variables et qui présentent des qualités d'interface très différentes. Des techniques électriques complémentaires, telles que la caractérisation par charge corona (COCOS) et les mesures capacité-tension (C-V), ont permis d'accéder au champ électrique des échantillons et de compléter les résultats SHG pour la calibration. Les expériences et les simulations prouvent la possibilité de calibration pour des monocouches de diélectriques sur Si. Quelques éléments d’étude liés à la caractérisation des multicouches tels que la structure SOI (Silicon On Insulator) sont également discutés, en particulier l'influence sur la réponse SHG de l’épaisseur des couches ou encore  des champs électriques présents aux diverses interfaces.

Membres du jury :

• Prof. Georges BREMOND, , INSA Lyon : Rapporteur
• Prof. Yannick DUMEIGE, Université Rennes 1 : Rapporteur
•  Prof. Anne KAMINSKI, Grenoble INP - UGA : Examinatrice
• Dr. Sébastien DUBOIS, Commissariat à l'énergie atomique (CEA) : Examinateur
• Dr. Delphine Le Cunff, STMicroelectronics  : Invitée
• Dr. Guy Vitrant, Grenoble INP - UGA : Invité

Encadrants :

• Dr. Irina Ionica, Grenoble INP - UGA : Directrice de thèse
•  Dr. Lionel Bastard, Grenoble INP - UGA : Co-encadrant de thèse