Caract´ erisation de la m´ etallisation Ti/Al sur AlGaN apr` es recuit

- Mesure de la r´esistance de couche

La r´esistance de couche mesur´ee sur l’´echantillon recuit `a T=600◦C est de 1220 mΩ/<sub></sub> avec une non-uniformit´e de 3.5%. Cette derni`ere valeur est l’une des plus basses obtenues au cours de notre ´etude et elle indique une r´eaction homog`ene sur la plaque. La valeur de r´esistance de couche est l´eg`erement sup´erieure `a celle mesur´ee pour la mˆeme m´etallisation sur substrat SiN<sub>x</sub> `a T=600◦C (rappel 1046 mΩ/_).

- Analyse de diffraction X

La figure 4.44 pr´esente le spectre en diffraction-X de l’´echantillon apr`es un recuit `a T=600◦C. Par rapport aux diff´erents cas sur substrat SiN_x, nous pouvons constater l’apparition de nombreux pics. Autour de 2θ = 28.4◦ un large pic est pr´esent et corres- pond au substrat de silicium orient´e selon (111). De mˆeme plusieurs pics sont pr´esents pour 2θ entre 34.5◦et 36.1◦. Nous avons repr´esent´e en bleu la position th´eorique des pics correspondant aux phases GaN (002) et AlN (002), respectivement en 34.5◦ et 36.1◦. Cela permet de montrer que les nombreux pics entre 34.5◦ et 36.1◦correspondent aux diff´erentes couches tampons de AlN et Al_xGa_1−xN pr´esentes dans le substrat.

En dehors des pics li´es `a ce nouveau substrat, nous observons deux pics li´es `a la phase TiAl₃ en 2θ = 25.4◦ (TiAl₃ (101)) et 39.2◦ (TiAl₃ (112)), comme sur substrat SiN_x `a 600◦C. La phase TiAl₃ est donc pr´esente sous forme polycristalline. Aucun autre pic n’a pu ˆetre identifi´e mˆeme si le pic principal de TiAl₃ (2θ = 39.2◦) pr´esente un l´eger ´

epaulement `a gauche, qui pourrait s’interpr´eter comme la pr´esence d’un pic de plus faible intensit´e. La pr´esence du pic de Ti/Al avant-recuit (2θ = 38.5◦) ne peut donc

Figure 4.44: Spectre de diffraction-X de la m´etallisation Ti/Al 95/200nm sur substrat AlGaN recuit `a T=900◦C. Les amplitudes ont ´et´e normalis´ees.

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etre totalement exclue. En dehors de cette remarque, nous n’observons pas la pr´esence de pics d´ej`a identifi´es dans le cas de la m´etallisation riche en titane sur substrat SiN_x comme la phase Ti₃AlN (2θ = 38.0◦).

En r´esum´e, l’analyse en diffraction X r´ev`ele la pr´esence de nombreux pics li´es aux mat´eriaux du substrat (Si(111), AlN et divers Al_xGa_1−xN) ainsi que celle du compos´e TiAl₃ sous forme polycristalline. La phase Ti₃AlN n’est pas d´etect´ee et la consommation totale de Ti et Al d´epos´es ne peut ˆetre pleinement confirm´ee.

- Imagerie MEBT en coupe

La figure4.45pr´esente une image MEBT en coupe de la m´etallisation sur substrat AlGaN apr`es recuit `a T=600◦C. Il apparaˆıt que les couches de titane et d’aluminium ont r´eagi pour former de nombreux grains. Ceux-ci se r´epartissent sur deux couches rugueuses. La premi`ere (#1) est en contact avec la couche de AlGaN et est moins ´epaisse que la couche sup´erieure (#2) dont les grains occupent environ deux tiers de l’´epaisseur totale. Par ailleurs, l’interface entre les couches issues de la m´etallisation et le substrat AlGaN demeure lisse.

Figure 4.45: Image MEBT en coupe de la m´etallisation Ti/Al (95/200 nm) sur sub- strat AlGaN apr`es recuit `a T=600◦C.

- Cartographie et profilom´etrie EDX

La figure 4.46 pr´esente la cartographie physico-chimique acquise par signal EDX de la m´etallisation sur substrat AlGaN apr`es le recuit `a T=600◦C. Par rapport aux ´etudes sur le substrat SiN_x, l’´el´ement Ga est d´esormais identifi´e. De plus, il convient de noter que l’´el´ement Al entre dans la composition du substrat AlGaN.

Figure 4.46: Cartographie MEBT-EDX r´ealis´ee sur une coupe de la m´etallisation Ti/Al (95/200nm) sur substrat AlGaN apr`es un recuit `a T=600◦C.

La cartographie des ´el´ements Al (repr´esent´e en bleu) et Ti (jaune) confirme que les deux couches d´epos´ees ont r´eagi. La couche inf´erieure, not´ee #1, est la zone la plus riche en titane tandis que la couche sup´erieure, not´ee #2, est la zone la plus riche en aluminium et pourrait donc correspondre au compos´e TiAl₃ mis en ´evidence par diffraction X.

L’autre information r´ev´el´ee par la cartographie est la pr´esence d’azote (rouge) dans les couches au dessus de AlGaN. Comme dans le cas du substrat SiN_x, la pr´esence de cet ´

el´ement semble corr´el´ee `a celle du titane car celui-ci est principalement pr´esent dans la couche #1. La cartographie de l’´el´ement Ga (vert) montre l’interface nette et lisse entre le substrat AlGaN et la couche #1 de la m´etallisation. Aucune diffusion notable de cet ´

el´ement vers les couches issues de la m´etallisation Ti-Al n’est constat´ee.

La figure4.47pr´esente un profil de composition en pourcentage atomique de l’´echantillon recuit `a T=600◦C. Celui-ci a ´et´e calcul´e `a partir du signal EDX recueilli selon la fl`eche repr´esent´ee sur la figure 4.46. Ces donn´ees permettent de pr´eciser la composition des diff´erentes zones identifi´ees. Le profil traverse ainsi de bas en haut : la partie sup´erieure de la couche AlGaN, un grain de la couche #1, un grain de la couche #2 et l’encapsulation compos´ee de tungst`ene (W).

Figure 4.47: Profil en pourcentage atomique quantifi´e `a partir du signal EDX collect´e selon la fl`eche repr´esent´ee sur la figure 4.46.

D’apr`es le profil, la couche #1 est compos´ee de titane, aluminium et d’une faible quantit´e d’azote. Cette couche sera ainsi nomm´ee Ti-Al-(N). Sa faible ´epaisseur et les gradients de concentration qui y figurent ne permettent pas d’´etablir un ratio de composition pr´ecis. La couche #2 est compos´ee de titane et d’aluminium et de traces d’azote. Le ratio Ti:Al mesur´e est d’environ 25:75 %.at, celui du compos´e TiAl₃.

- Bilan des caract´erisations `a T=600◦C

Le sch´ema de la figure 4.48 repr´esente une vue en coupe sch´ematique des diff´erents mat´eriaux identifi´es au cours des multiples caract´erisations effectu´ees sur l’´echantillon recuit `a T=600◦C.

Figure 4.48: Sch´ema en coupe de l’´echantillon Ti/Al (95/200 nm) sur AlGaN recuit `

a T=600◦C ´etabli `a partir des diff´erentes caract´erisations

En r´esum´e, Les caract´erisations effectu´ees sur l’´echantillon recuit `a T=600◦C montrent que les couches d´epos´ees de titane et d’aluminium r´eagissent pour former deux couches polycristallines : une couche sup´erieure de TiAl₃ et une couche inf´erieure de Ti-Al-(N). La couche de TiAl₃ est observ´ee par diffraction X et par profilom´etrie EDX. La ou les phases composant la couche Ti-Al-(N) n’ont pu ˆetre d´etermin´ees mais Ti₃AlN observ´e dans le cas des substrats SiN_x semble exclu. L’interface entre les couches AlGaN et Ti-Al-N demeure lisse, ce qui indique l’absence de r´eaction d’ampleur entre celles-ci.

4.5.2 Analyse des r´eactions de la m´etallisation Ti/Al sur substrat Al-