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Dopage de semiconducteurs

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Le dopage des matériaux semi-conducteurs est une étape clé de la fabrication de composants électroniques. Les architectures de composants étant très complexes, il est souvent nécessaire de doper localement (et non pas uniformément) le semi-conducteur. L’industrie de l’électronique utilise principalement 3 techniques pour le dopage localisé : la diffusion, l’implantation ionique et le dopage in situ pendant la croissance épitaxiale (avec masque). Dans le cas des semi-conducteurs à grand gap (SiC, GaN), les coefficients de diffusion sont trop faibles ce qui exclue le dopage par diffusion. L’implantation ionique est ainsi largement utilisée mais cette technique est intrinsèquement limitée par la profondeur de dopage effective ainsi que par la génération de nombreux défauts cristallins très difficiles à guérir. Le dopage localisée pendant la croissance épitaxiale est également difficile car les masques ne résistent pas aux conditions classiques d’épitaxie. Nous proposons donc d’utiliser une technique non conventionnelle de croissance pour contourner cette difficulté : le transport Vapeur-liquide-solide (VLS).

Schéma de principe du transport VLS appliqué au SiC

L’aluminium sert à la fois de phase liquide pour la croissance par transport VLS et de dopant de type p du SiC. Ainsi, en optimisant les conditions de croissance VLS, nous avons démontré l’obtention de dépôts cristallins localisées de 4H-SiC sur des zones de géométrie très variable. Le matériau déposé est fortement dopé p à l’aluminium ([Al] > 1020 at.cm-3). Ces couches sont testée électriquement pour déterminer leur potentiel à améliorer les performances de composant électroniques à base de SiC.

Croissance localisée de SiC dopé de type p par transport VLS

Cette approche du dopage localisé par transport VLS a été transposé au GaN, matériau pour lequel la problématique de dopage est encore plus forte. Pour ce faire, on forme dans un premier temps un réseau de gouttes d’un alliage Ga-Mg que l’on nitrure dans un second temps pour obtenir du GaN dopé p au magnésium.

Schéma de principe du transport VLS appliqué au GaN

Croissance localisée de GaN dopé de type p par transport VLS

Une autre voix originale du dopage de semiconducteurs est l’incorporation d’impuretés isoélectroniques. Nous avons ainsi étudié pour la première fois l’incorporation du Germanium dans le 4H-SiC en cours d’épitaxie par CVD. Les résultats obtenus sont très surprenants et intéressants puisque nous avons démontré l’amélioration de la conductivité et de la mobilité électronique du matériau sans dégradation de l’interface SiO2/SiC ni des contacts de type Schottky. Ces travaux ont été réalisés dans le cadre du réseau Européen NetFISiC. Ces résultats fondamentaux ouvrent de nombreuses perspectives pour améliorer les composants électroniques de puissance à base de SiC.

Incorporation de Ge dans 4H-SiC et propriétés électroniques