ELABORATION PAR PULVERISATION MAGNETRON REACTIVE

DE FILMS MINCES DE SILICIUM A basse temperature

X. Portier1, Y. Leconte1, P. Marie1, R. Rizk1, A. Ben Othman2, M. Daouahi3, K. Zellama4*

1 LERMAT-ISMRA, 6, Bd. Maréchal Juin, 14050 CAEN Cedex, France

2 Laboratoire de Physique de la Matière Condensée, Faculté des Sciences de Tunis, 1060 Tunis, Tunisie

3 Faculté des Sciences de Bizerte, 7021 Bizerte, Tunisie

4 Laboratoire de Physique de la Matière Condensée, 33 rue Saint-Leu, 80039 Amiens, France

* Corresponding author. E-mail : Kacem.Zellama@sc.u-picardie.fr

Received :03 May 2002; revised version accepted : 14 May 2003

Abstract

Good quality silicon thin films are still of major importance for the fabrication of thin film transistors, solar cells or heterojunctions with other materials of larger band gap such as SiC. The main challenge to take up is to find a way of producing such films at relatively low temperatures (< 200°C) in order to use the new generations of substrates sensitive to elevated temperatures. Reactive magnetron sputtering offers the opportunity to grow such films in these conditions by using an argon/hydrogen mixture in the plasma.

Thin silicon films of a few hundreds of nanometers in thickness and deposited at 100°C, have been grown for various hydrogen partial pressures. Raman and infrared spectroscopy as well as transmission electron microscopy have been used to characterize the films. In this temperature range, a minimum hydrogen ratio of 30% is necessary to produce good nanocrystalline silicon films.

Keywords: Silicon; Thin film; Reactive magnetron sputtering.

Résumé

La production de transistors en films minces, d’hétérostructures ou encore de cellules solaires, nécessite l’élaboration de couches minces de silicium de bonne qualité. Par ailleurs, l’apparition de nouveaux types de substrats sensibles aux températures élevées (>200°C) implique un procédé basse température permettant de produire de tels films. La pulvérisation magnétron réactive utilisant une cible de silicium et un plasma argon/hydrogène constitue une bonne alternative

Des films minces de silicium de quelques centaines de nanomètres d’épaisseur et déposés à 100°C ont été élaborés avec différentes valeurs de pression partielle d’hydrogène. Ces films ont été caractérisés par spectroscopies Raman et infrarouge et par microscopie électronique en transmission. Pour cette température de dépôt, une pression partielle d’hydrogène de 30% est nécessaire pour obtenir une couche de silicium nanocristallin.

Mots Clés : Silicium, Film mince, Pulvérisation magnétron réactive.

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