Croissance d'agrégats dans un plasma de silane pur

Figure 4.11: Illustration d'un exemple typique de mécanisme de croissance. Nous initialisons la croissance avec un radical $ SiH_3$ . Des réactions successives avec du $ SiH_4$ permettent la croissance d'un agrégat.
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La croissance des agrégats de silicium est due à une succession de captures des atomes de silicium issus des molécules de silane. Ces captures successives sont suivies d'un dégagement plus ou moins important d'hydrogène. Pour modéliser la croissance d'un agrégat $ Si_nH_m$ à partir du silane, nous commençons par une réaction entre $ SiH_4$ avec $ SiH_3$ pour créer le précurseur de l'agrégat. La molécule $ Si_2H_n$ obtenue subit ensuite des réactions de captures successives de silane. A chaque capture, de l'hydrogène provenant de la molécule de silane captée va être émis dans le plasma lors de l'inclusion de l'atome de silicium dans l'agrégat (Fig 4.11). On remarque donc que le radical qui peut servir de précurseur n'a pas vraiment d'importance dans la structure qui sera obtenue après quelques captures.

Nous pouvons paramétrer l'énergie d'impact et l'intervalle de temps entre deux impacts, ce qui peut être obtenu à partir du modèle fluide en fonction des températures et des pressions. Nous utilisons donc les résultats obtenus avec le modèle du plasma pour connaître le taux de dissociation, donc les espèces présentes dans le plasma. L'agrégat ainsi construit se forme avec un coeur de silicium plus ou moins recouvert d'hydrogène pour saturer les liaisons pendantes. Ce contenu en hydrogène peut varier d'un facteur deux. Le fait que les agrégats de $ Si_nH_m$ soient constitués d'un coeur de silicium montre aussi que les atomes de silicium du coeur de l'agrégat peuvent avoir une coordination élevée [72,73] ( voir Fig 4.12).

Remarque: nous pouvons déduire de la présence de l'hydrogène à la surface d'agrégats qui n'ont pas encore coalescé, que le contenu en hydrogène varie avec la taille comme le rapport de la surface au volume de l'agrégat. Ainsi, connaissant les contenus en hydrogène des agrégats, nous pouvons avoir une estimation de leur taille en remarquant qu'en moyenne, les atomes de silicium ont une liaison avec un ou deux atomes d'hydrogène au maximum selon nos simulations.

Le fait que l'hydrogène se répartit sur la surface de l'agrégat pose la question du contenu en hydrogène des couches déposées. Des simulations ont donc été faites pour tenter de voir s'il était possible d'obtenir des agrégats qui pourraient contenir de l'hydrogène dans le coeur de silicium. Nous avons donc fait des impacts avec des atomes d'hydrogène de haute énergie, soit quelques centaines d'eV. Ces simulations ont montré que l'atome d'hydrogène incident, s'il avait suffisamment d'énergie, pouvait pénétrer dans le coeur de silicium. Par contre il subit une diffusion, et ressort de l'agrégat après quelques secondes. Ces études n'ont pas permis de trouver l'énergie d'impact qui serait nécessaire pour piéger l'atome dans un petit agrégat de silicium. Cependant nous pouvons déduire de ces simulations que des atomes d'hydrogène d'énergie suffisante peuvent traverser un réseau de silicium et pourraient donc être piégés dans une couche suffisament épaisse [74,75,76].

Nous remarquons aussi que les agrégats obtenus ne montrent pas de motifs géométriques bien distincts. Ils sont totalement amorphes (Fig 4.12). Ceci est en accord avec les résultats expérimentaux de dépôts sous plasma de silane pur, qui donnent des couches sans structure particulière comme le montrent des études de spectroscopie Raman.

Figure 4.12: Exemple d'agrégat amorphe obtenu par une simulation de croissance à température ambiante dans un plasma de silane pur.
\resizebox{50mm}{!}{\includegraphics{growth/growth/amorphe.eps}}

Nous pouvons aussi remarquer que la présence d'hydrogène dans les agrégats de silicium donne des structures différentes des structures de minimum d'énergie des agrégats de silicium pur [77,78].

quentin 2007-09-05