Soutenance de Thèse de Martin Seiss : Characterisation of the elementary growth processes of silicon carbide on-axis crystals

Thèse de Martin Seiss

Characterisation of the elementary growth processes of silicon carbide on-axis crystals

Directeur de thèse : Thierry Ouisse (LMGP)
Ecole doctorale : IMEP-2
Spécialité : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie
Etablisssement d'origine :  Université de Grenoble
Financement(s) : Bourse ministérielle
Date entrée en Thèse : 01/10/2010
Date de soutenance : 03/12/2013



Résumé
Le carbure de silicium est un semi-conducteur prometteur pour les applications en électronique haute température et haute puissance. La croissance de SiC a été améliorée continuellement pendant les dernières années mais la connaissance des processus à la surface pendant la croissance est encore faible. Dans cette thèse ces processus sont étudiés par l'analyse de la croissance initiale de cristaux non désorientés.
Le processus qui limite la vitesse de croissance est déterminé. L'étude des germes observés occasionnellement permet d'avoir un aperçu des barrières Ehrlich-Schwoebel existantes et, de plus, d'estimer l'ordre de grandeur de la longueur de diffusion à la surface.
Pour la première fois les lois de croissance de spirales sont systématiquement analysées sur la face silicium et la face carbone du SiC. L'influence d'un domaine limité et du chevauchement de champs de diffusion sur la forme des spirales et les lois de croissance est analysée par des simulations.
Sur les spirales de la face carbone, une nouvelle structure de marches est observée. La bicouche supérieure se dissocie à certaines conditions définies et reproductibles. Les conditions expérimentales correspondantes sont clairement identifiées et une analyse de cette nouvelle structure est effectuée.

Abstract
Silicon carbide is a promising semiconductor for high temperature and power electronics. Its growth process has been refined continuously in the last years but there is still little knowledge on the surface processes taking place during growth. This thesis is dealing with these processes by analysing the initial growth of on-axis crystals.
The growth rate limiting step of the physical vapour transport technique is determined. The study of nuclei occasionally observed gives insight on the present Ehrlich-Schwoebel barriers and allows furthermore to estimate the order of magnitude of the surface diffusion length.
For the first time the growth laws of spirals on both Si- and C- face SiC surfaces are systematically analysed. Simulations are performed in order to check the influence of a limited domain size and overlapping diffusion fields on the spiral shapes and growth laws.
A novel spiral step structure is observed on C-face spirals. The top bilayer dissociates under certain and reproducible conditions. The experimental parameters are reported and further analysis of this new step structure is performed.


Membres du jury
* Gabriel Ferro - Dir. recherche CNRS - Lab. Multimateriaux et Interfaces - LYON (Rapporteur)
* Peder Bergman - Pr. Dept. of Physics, Chemistry and Biology, IFM, Linköping University - LINKÖPING - SUEDE     (Rapporteur)
* Dominique Planson - Pr.    Lab. Ampère, INSA Lyon - LYON      - (Examinateur)
* Didier Chaussende - Chargé de recherche CNRS - LMGP - GRENOBLE (Examinateur)
* Andreas Danilewsky, Dr. - Kristallographie, Institut für Geowissenschaften, Albert-Ludwigs-Univ. - FRIBOURG - ALLEMAGNE - (Examinateur)
* Thierry Ouisse - Pr. Grenoble INP - LMGP - GRENOBLE  - (Directeur de thèse)