Conclusion sur la composition et la structure

Dans ce chapitre, nous avons montré la possibilité de faire varier la composition des couches minces d’oxynitrures de silicium, entre celle du nitrure et celle de l’oxyde, ceci étant réalisé en modifiant uniquement le rapport des débits des gaz réactifs. La corrélation entre les concentrations des espèces Si, O et N dans le plasma, par spectroscopie d’émission optique, et dans la couche mince, par spectroscopie de rétrodiffusion de Rutherford, s’est avérée une méthode efficace pouvant assurer le contrôle de la composition des films et la reproductibilité des manipulations.

La variation de la composition des dépôts a pour conséquence d’importantes modifications de la structure. En combinant les résultats des spectroscopies infrarouge et de photoélectrons X, nous avons mis en évidence que nos matériaux présentent des arrangements atomiques variés. En effet, leur description par un seul modèle, RBM et RMM, s’est avérée inefficace car ils présentent à la fois des caractéristiques d’un milieu complètement aléatoire (RBM) et celles d’un composé comportant des phases nitrure et oxyde distinctes.

Les contraintes de coordination des atomes de silicium ont conduit à la création de défauts structuraux sous forme de liaisons pendantes sur ces atomes. Le nombre de possibilités de l’environnement des porteurs de spin a rendu délicate la détermination de leur configuration. Toutefois, les résultats montrent que les atomes d’azote peuvent aussi engendrer d’autres défauts, donc à augmenter leur densité pour les films riches en azote.

B

[1] E. Tomasella, Thèse de doctorat, Université de Franche-Comté 1999. [2] W. K. Chu, J. W. Mayer, M. A. Nicolet, Thin Solid Films 1973, 17, 1.

[3] F. Rebib, E. Tomasella, M. Dubois, J. Cellier, T. Sauvage, M. Jacquet, Thin Solid Films 2006, acceptée pour publication.

[4] M. Villa, D. Càceres, C. Prieto, J. Appl. Phys. 2003, 94, 7868.

[5] M. F. Lambrinos, R. Valizadeh, J. S. Colligon, NIMB 1997, 127-128, 369. [6] L. Pinard, Thèse de doctorat, Université de Paris XI, Orsay 1993.

[7] F. Rebib, E. Tomasella, L. Thomas, J. Cellier, T. Sauvage, M. Jacquet, Appl. Surf. Sci.

2006, 252, 5611.

[8] F. Rebib, E. Tomasella, M. Dubois, J. Cellier, T. Sauvage, M. Jacquet, Surf. Coat. Tec.

2005, 200, 330.

[9] W. Bohne, J. Röhrich, A. Schöpke, B. Selle, I. Sieber, W. Fuhs, A. D. Prado, E. S. Andrés, I. Màrtil, G. Gonzàlez-Diaz, NIMB 2004, 217, 237.

[10] A. Szekeres, T. Nikolova, S. Simeonov, A. Gushterov, F. Hamelmann, U. Heinzmann, Microelec. J 2006, 37, 64.

[11] F. J. H. V. Assche, W. M. M. Kessels, R. Vanghluwe, W. S. Mischke, M. Evers, M. C. M. d. Sanden, Thin Solid Films 2005, 484, 46.

[12] G. Lucovsky, J. Yang, S. S. Chao, J. E. Tyler, W. Czubatyj, Phys. Rev. B 1983, 28, 3225.

[13] J. Viard, thèse de doctorat, Université de Montpellier II 1996. [14] F. Ordway, Science 1964, 143, 800.

[15] R. J. Bell, P.Dean, Philos. Mag. 1972, 25, 1381. [16] D. E. Plok, J. Non Cryst. Sol. 1971, 5, 365. [17] W. Zachariasen, J. Chem. Phys. 1935, 3, 162. [18] H. R. Philipp, J. Electrochem. Soc. 1973, 120, 295. [19] H. R. Philipp, J. Non-Cryst. Sol. 1972, 8-10, 627. [20] H. R. Philipp, J. Phys. Chem. 1971, 32, 1935.

[21] Y. A. Yasaitis, R. Kaplow, J. Appl. Phys. 1972, 43, 995. [22] C. H. Lin, M. Joshi, J. Electrochem. Soc. 1969, 116, 1740. [23] M. V. Coleman, D. J. D. Thomas, Phys. Stat. Sol. 1967, 22, 593.

[24] M. H. Brodsky, R. S. Title, K. Weiser, G. D. Pettit, Phys. Rev. B 1970, 1, 2632. [25] R. J. Temkin, J. Non-Cryst. Sol. 1975, 17, 215.

Chapitre III : Composition et structure des couches minces de SiOxNy

- 147 -

[26] D. E. Aspnes, J. B. Theeten, J. Appl. Phys. 1979, 50, 4928. [27] D. A. G. Bruggemann, Ann. Phy. 1935, 24, 636.

[28] J. A. V. Vechten, Phys. Rev. 1969, 182, 891. [29] B. F. Levine, J. Chem. Phys. 1973, 59, 1463.

[30] W. Y. Ching, C. C. Lin, L. Guttman, Phys. Rev. B 1982, 26, 6610. [31] D. Henderson, J. Non-Cryst.Sol. 1974, 16, 317.

[32] C. T. White, W. Y. Ching, Bull. Amer. Phys. Soc. 1981, 26, 248. [33] M. H. Cohen, G. S. Grest, Phys. Rev. Lett. 1980, 45, 1271. [34] A. Uhlherr, S. R. Elliott, Phil. Mag. B 1995, 71, 611. [35] S. R. Elliott, J. Non-Cryst.Sol. 1995, 182, 40.

[36] T. S. Eriksson, C. G. Granqvist, J. Appl. Phys. 1986, 60, 2081.

[37] L. Lozzi, M. Passacantado, P. Picozzi, S. Santucci, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 1995, 72, 97.

[38] J. Viard, E. Beche, J. Durand, R. Berjoan, J. European Ceramic Soc. 1997, 17, 2029. [39] P. Cova, S. Poulin, R. A. Masut, J. Appl. Phys. 2005, 98, 094903.

[40] J. Egg, I. A. Hubner, J. Barriocanal, R. L. Opila, D. J. Doren, J. Appl. Phys. 2004, 95, 1963.

[41] G. M. Rignanese, A. Pasquarello, Phys. Rev. B 2001, 63, 75307 1.

[42] M. Bersani, L. Vanzetti, M. Sbetti, M. Anderle, Appl. Surf. Sci. 1999, 144-145, 301.

[43] S. Shinagawa, H. Nohira, T. Ikuta, M. Hori, M. Kase, T. Hattori, Microelec. Eng.

2005, 80, 98.

[44] L. Vanzetti, M. Bersani, M. Sbetti, M. Anderle, Surf. Interface Anal. 2000, 30, 255.

[45] J. P. Holgado, A. Barranco, F. Yubero, J. P. Espinos, A. R. Gonzalez-Elipe, NIMB

2002, 187, 465.

[46] J. P. Chang, M. L. Green, V. M. Donnely, R. L. Opila, J. Eng, J. Sapjeta, P. J. Silverman, B. Weir, H. C. Lu, T. Gustafsson, E. Garfunkel, J. Appl. Phys. 2000, 87, 4449.

[47] M. C. Poon, C. W. Kok, H. Wong, P. J. Chan, Thin Solid Films 2004, 462-463, 42.

[48] R. I. Hegde, P. J. Tobin, K. G. Reid, B. Maiti, S. A. Ajuria, Appl. Phys. Lett. 1995, 66, 2882.

[49] M. Bhat, J. Ahn, D. L. Kwong, M. Arendt, J. M. White, Appl. Phys. Lett. 1994, 64, 1168.

[50] G. Herzberg, D. V. Nostrand, Company Inc. New-York 1946, 130.

[52] F. Giorgis, F. Giuliani, C. F. Pirri, E. Tresso, C. Summonte, R. Rizzoli, R. Galloni, A. Desalvo, P. Rava, Phil. Mag. B 1998, 77, 925.

[53] M. Molinari, Thèse de Doctorat, Université H. Poincaré, Nancy I 2002. [54] G. N. Parsons, J. H. Souk, J. Batey, J. Appl. Phys. 1991, 70, 1553. [55] S. Hasegawa, H. Anbutsu, Y. Kurata, Phil. Mag. B 1989, 59, 365. [56] J. P. Luongo, J. Electochem. Soc. 1983, 130, 1560.

[57] D. D. Sala, C. Coluzza, G. Fortunato, F. Evangelisti, J. Non-Cryst. Sol. 1985, 77-78, 933.

[58] A. R. Chauhan, G. Bhatt, A. D. Yadav, S. K. Dubey, T. K. G. Rao, NIMB 2003, 212, 451.

[59] A. D. Prado, E. S. Andrés, F. L. Martínez, I. Mártil, G. González-Díaz, W. Bohne, J. Röhrich, B. Selle, M. Fernández, Vacuum 2002, 67, 507.

[60] J. A. Diniz, A. P. Sotero, G. S. Lujan, P. J. Tatsch, J. W. Swart, NIMB 2000, 166-167, 64.

[61] L. He, T. Inokuma, Y. Kurata, S. Hasegawa, J. Non-Cryst. Sol. 1995, 185, 249.

[62] W. L. Scopel, M. C. A. Fantini, M. I. Alayo, I. Pereyra, Thin Solid Films 2002, 413, 59.

[63] C. Savall, J. C. Bruyère, J. P. Stoquert, Thin Solid Films 1995, 260, 174. [64] M. H. Brodsky, M. Cardona, J. J. Cuomo, Phys. Rev. B 1977, 16, 3556. [65] L.-N. He, D.-M. Wang, S. Hasegawa, J. Non-Cryst. Sol. 2000, 261, 67.

[66] E. Bustarret, M. Bensouda, M. C. Habrard, J. C. Bruyère, Phys. Rev. 1988, 38, 8171. [67] T. Hirao, K. Setsune, M. Kitagawa, T. Kamada, T. Ohmura, K. Wasa, T. Izumi, Jpn. J. Appl. Phys. 1988, 27, L21.

[68] V. S. Nguyen, S. Burton, P. Pan, J. Electrochem. Soc. 1984, 131, 2348. [69] Y. M. Xiong, P. G. Snyder, J. A. Woollam, Thin Solid Films 1991, 206, 248.

[70] A. E. T. Kuiper, S. W. Koo, F. H. P. M. Habraken, Y. Tamminga, J. Vac. Sci. Tec. B

1983, 1, 62.

[71] T. Kanata, H. Takakura, Y. Hamakawa, Appl. Phys. 1989, A 49, 305. [72] J. F. Watts, "Microscopy Handbooks 22", Royal Microscopy Society 1990. [73] C. D. Wagner, Analytical Chemistry 1972, 44, 972.

[74] C. D. Wagner, D. E. Passoja, H. F. Hillery, T. G. Kinisky, H. A. Six, W. T. Jansen, J. A. Taylor, J. Vac. Sci. Tec. 1982, 21, 933.

Chapitre III : Composition et structure des couches minces de SiOxNy

- 149 -

[76] V. Serin, E. Beche, R. Berjoan, O. Abidate, D. Dorignac, D. Rats, J. Fontaine, L. Vandenbulke, C. Germain, A. Catherinot, Electrochem. Soc., Diamond materials

1998, 97, 126.

[77] J. H. Scofield, J. Elec. Spectrosc. Relat. Phenom. 1976, 8, 129. [78] D. A. Shirley, Phys. Rev. B. 1972, 5, 4709.

[79] M. M. Guraya, H. Ascolani, G. Zampieri, J. H. D. D. Silva, M. P. Cantao, J. I. Cisneros, Phys. Rev. B. 1994, 49, 13446.

[80] L. Martin-Moreno, E. Martinez, J. A. Verges, F. Yndurain, Phys. Rev. B. 1987, 35, 9683.

[81] F. Bozco, P. Avouris, Phys. Rev. B. 1988, 38, 3937.

[82] C. H. F. Peden, J. W. Rogers, N. D. Shinn, K. B. Kidd, K. L. Tsang, Phys. Rev. B.

1993, 47, 15622.

[83] J. Robertson, Phil. Mag. B. 1991, 63, 47.

[84] R. Karcher, L. Ley, R. L. Johnson, Phys. Rev. B. 1984, 30, 1896.

[85] E. Bêche, R. Berjoan, J. A. Roger, C. H. S. Dupuy, High Temp. Chem. Processes

1994, 3, 55.

[86] C. Senemaud, A. Gheorghiu, L. Amoura, R. Etemadi, H. Shiria, C. Godet, M. Fang, S. Gujrathi, J. Non-Cryst. Sol. 1993, 164-166, 1073.

[87] R. Berjoan, E.Bêche, D. Perarnau, S. Roualdes, J. Durand, J. Phys. IV 1999, 9, 1059. [88] K. Okada, K. Fukuyama, Y. Kameshiman, J. Am. Ceram. Soc. 1995, 78, 2021.

[89] S. Dreiner, M. Schurman, C. Westphal, J. Elec. Spectr. Rel. Phenom. 2004, 137-140, 79.

[90] R. Saoudi, G. Hollinger, A. Straboni, J. Phys. III 1994, 4, 881.

[91] E. Beche, R. Berjoan, J. Viard, B. Cros, J. Durand, Thins Solid Films 1995, 258, 143. [92] R. S. Yuan, W. Y. Ching, Phys. Rev. B. 1981, 23, 5454.

[93] C. P. J. Poole, "Electron Spin Resonance", Interscience Publisher, NY 1967.

[94] G. E. Pake, T. L. Eastle, "The physical principles of Electron Paramagnetic Resonance", W. A. Benjamin, INC 1973.

[95] P. C. Taylor, J. F. Baugher, H. M. Kriz, Chem. Rev. 1975, 75, 203. [96] J. H. V. Vleck, Phys. Rev. 1948, 74, 1168.

[97] T. Ehara, T. Ikoma, S. Tero-Kubota, J. Non-Cryst. Sol. 2000, 266-269, 540.

[98] C. Gonçalves, A. Zeinert, S. Charvet, M. Lejeune, A. Grosman, H.-J. v. Bardeleben, K. Zellama, Thin Solid Films 2004, 451-452, 370.

[100] L.-N. He, T. Inokuma, S. Hasegawa, Jpn. J. Appl. Phys. 1996, 35, 1503. [101] L. Kubler, R. Haug, F. Ringeisen, A. Jaegle, J. Non-Cryst. Sol. 1982, 54, 27. [102] D. L. Griscom, J. Non-Cryst. Sol. 1978, 31, 241.

[103] S. Fujita, A. Sasaki, J. Electrochem. Soc. 1985, 132, 398.

[104] D. Jousse, J. Kanicki, J. H. Stathis, Appl. Phys. Lett. 1989, 54, 1043.

[105] N. Ishii, S. Oozora, M. Kumeda, T. Shimizu, Phys. Stat. Sol. 1982, 114, K111.

[106] O. Astakhov, F. Finger, R. Carius, A. Lambertz, Y. Petrusenko, V. Borysenko, D. Barankov, J. Non-Cryst. Sol. 2006, 352, 1020.

[107] S. Viscaïno, Thése de Doctorat, Université Joseph Fourrier-Grenoble 1 1992. [108] D. L. Griscom, E. J. Friebele, G. H. Sigel, Sol. Stat. Commun. 1974, 15, 479. [109] W. L. Warren, P. M. Lenahan, S. E. Curry, Phys. Rev. Lett. 1990, 65, 207.

[110] W. L. Warren, F. C. Rong, E. H. Poindexter, G. J. Gerardi, J. Kanicki, J. Appl. Phys.

1991, 70, 346.

[111] K. L. Brower, Phys. Rev. Lett. 1980, 44, 1627.

[112] T. E. Tsai, D. L. Griscom, E. J. Friebele, Phys. Rev. B. 1988, 38, 2140.

[113] J. Krautwurm, Thèse de Doctorat, Université Joseph Fourrier-Grenoble 1 1994. [114] D. L. Griscom, J. Non-Cryst. Sol. 1983, 73, 51.

[115] J. H. Stathis, M. A. Kastner, J. Non-Cryst. Sol. 1985, 77-78, 739. [116] H. S. Witham, P. M. Lenahan, Appl. Phys. Lett. 1987, 51, 1007.

[117] J. T. Yount, G. T. Krau, P. M. Lenahan, D. T. Trick, J. Appl. Phys. 1991, 70, 4969. [118] M. S. Crowder, E. D. Tober, J. Kanicki, Appl. Phys. Lett. 1990, 57, 1995.

C

HAPITRE

IV

PROPRIETES OPTIQUES ET ELECTRIQUES DES COUCHES

Au cours des trois chapitres précédents, nous avons montré la faisabilité des couches minces d’oxynitrure de silicium par pulvérisation cathodique réactive. Nous avons aussi mis en évidence l’influence de la composition et des conditions d’élaboration des dépôts sur leur structure. Pour montrer les potentialités d’application de ces couches dans le domaine de l’optoélectronique, nous allons maintenant présenter leurs propriétés optiques et électriques.