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Grenoble INP
Synthèse et propriétés de monocristaux, de poudres, films minces ou hétérostructures

Etudes à l'interface avec la matière biologique

Soutenance de Thèse de Nikolaos Tsavdaris

Publié le 21 octobre 2014
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Soutenance 6 janvier 2015
Tuesday at 10:00 am - Amphi M01 Grenoble INP - Phelma Minatec, Ground floor
Grenoble INP - Phelma
3 parvis Louis Néel - 38000 Grenoble
Accès : TRAM B arrêt Cité internationale
Free entrance - No registration

Incorporation d’azote et stabilité des polytypes lors de la croissance en phase gazeuse de monocristaux de SiC

Tsavdaris Nikos-h200.jpg

Tsavdaris Nikos-h200.jpg

Thèse de Nikolaos Tsavdaris

Incorporation d’azote et stabilité des polytypes lors de la croissance en phase gazeuse de monocristaux de SiC /
Nitrogen incorporation and polytype stability of SiC single crystal growth from the vapor phase

Supervisors
Dr. Didier Chaussende, CNRS (Director) and Dr. Eirini Sarigiannidou, Grenoble-INP (co-director), LMGP /Crystal growth team

 
Résumé (Clic here to see the abstract in english)
Le carbure de silicium est l’un des semi-conducteurs les plus importants et les plus répandus dans les appareils électroniques de puissance. Du fait de la demande croissante d’électronique à haut rendement, bas coût et économe en énergie, il est nécessaire d’améliorer les propriétés des semi-conducteurs monocristallins. Cela demande une meilleure compréhension des phénomènes impliqués dans le procédé de croissance de ces matériaux. Cette thèse présentera de nouvelles perspectives sur deux sujets majeurs dans le domaine de la croissance en phase gazeuse de monocristaux de SiC.
Dans un premier temps, le procédé de croissance utilisé dans notre laboratoire a été développé dans le but d’améliorer la qualité et la taille des cristaux de SiC obtenus. Une géométrie permettant la croissance sans contact et reproductible de monocristaux de SiC a été obtenue. La nucléation et la propagation des instabilités structurelles (inclusions de polytype étranger) apparaissant lors de la croissance ont été étudiés de façon continue. Deux critères spécifiques doivent être réunis pour qu’un polytype étranger puisse nucléer. Une fois le point de nucléation localisé, la propagation du polytype étranger dans le volume du cristal peut être appréhendée. Lorsque la stabilisation et déstabilisation des polytypes de SiC ont été mieux comprises, une tentative a été faite pour stabiliser la croissance du polytype 15R-SiC. L’objectif final, les paramètres de croissance susceptibles de renforcer la croissance préférentielle de 15R-SiC, a été mis en évidence.

Enfin, l’incorporation d’azote pendant la croissance en phase gazeuse de monocristaux a été étudiée. En effet, aucune description détaillée n’existe pour l’incorporation d’azote dans le SiC, bien que ce soit le dopant le plus couramment utilisé. Notre contribution à cet effort porte sur l’étude de la concentration d'azote dans les cristaux obtenus en fonction de différents paramètres de croissance. Compte tenu des mécanismes d’adsorption/désorption à la surface de croissance, un effort a été fait pour expliquer les tendances obtenues expérimentalement.

Abstract
Silicon Carbide is one of the most important and widely used semiconductors for power electronic devices. Due to the increasing demand for high efficiency, low cost and energy saving electronics, further improvement of the properties of single crystal semiconductors is needed. That requires a better understanding of the phenomena involved in the growth process of these materials. This thesis will bring some new insight into two main topics at the field of SiC bulk growth from the vapor phase.

Initially, the growth process used in our laboratory was developed in order to improve the quality and the size of the grown SiC crystal. A geometry that allows the contactless and reproducible growth of SiC single crystals was obtained. Continuously, we investigated the nucleation and propagation of structural instabilities (foreign polytype inclusions) that appear during growth. Two specific criteria must be fulfilled for a foreign polytype to be nucleated. Once the nucleation point is located, the propagation of the foreign polytype in the volume of the grown crystal can be comprehended. Once the stabilization or destabilization of the SiC polytypes was better perceived, an attempt was made to stabilize the growth of the 15R-SiC polytype. As a final objective, the growth parameters that could preferentially enhance the growth of the 15R-SiC are highlighted.

Last, nitrogen incorporation during bulk growth from the vapor phase was studied. Indeed as the most commonly used dopant, no full description exists for the incorporation of nitrogen in SiC. We contribute to this effort by exploring the nitrogen concentration in the grown crystals as a function of various growth parameters. Considering the adsorption/desorption mechanisms at the growing surface, effort was given to explain the experimentally obtained trends.


Jury members
  • Prof. T. Ujihara, Dept of Materials Science & Engineering, Nagoya Univ., JAPAN (Rapporteur)
  • Dr. G. Ferro, Lab. des Multimatériaux et Interfaces / LMI, CNRS, Univ. Lyon-1, (Rapporteur)
  • Dr. N. Valle, Centre de Recherche Public-Gabriel Lippmann, Luxembourg (Examiner)
  • Dr. A. Tallaire, Lab. des Sciences des Procédés et des Matériaux / LSPM, CNRS, Univ. Paris 13 (Examiner)
  • Dr. M. Pons, SiMAP, CNRS, Univ. Grenoble Alpes (President)
  • Dr. E. Sarigiannidou LMGP, Grenoble INP, Univ. Grenoble Alpes (Co-director of thesis)
  • Dr. D. Chaussende, LMGP, CNRS, Univ. Grenoble Alpes (Director of thesis)

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Rédigé par Colette Lartigue

mise à jour le 16 mars 2017

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