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Duc Duy Tran présente

 Techniques Avancées de Gravure pour les Composants Electroniques et Optiques en Diamant

Mercredi 18 décembre 2024 à 9h00

Salle des séminaires – Bâtiment A – CNRS

Lien visio : à venir

La présentation sera faite en anglais.

Résumé : Le diamant suscite depuis quelques années une attention considérable en tant que matériau de choix pour les dispositifs électroniques et optiques avancés. Cependant, pour exploiter pleinement son potentiel, il est essentiel de surmonter des défis majeurs dans les processus de gravure. En effet, si les liaisons carbone-carbone très fortes du diamant lui confèrent des propriétés très intéressantes, elles rendent les procédés de gravure inefficaces ou mal adaptés. Les méthodes de gravure classiques sont inadaptées car elles causent trop de dommages de surface et de subsurface, ce qui affecte les performances des dispositifs. De plus, la faible efficacité de ces méthodes rend les gravures profondes impossibles. Enfin, la rugosité des surfaces obtenues, en particulier pour les structures verticales, constitue également un obstacle important. Cette thèse explore trois techniques de gravure avancées visant à obtenir une gravure précise, contrôlable, profonde, sans défaut et anisotrope avec faible rugosité.
Le défi d’obtenir une gravure précise, contrôlable et sans défaut a été relevé par la mise en œuvre de deux processus de gravure plasma par couches atomiques (ALE) pour le diamant, avec deux compositions gazeuses/ioniques différentes. Un procédé ALE se compose de séquences de cycles, chacune combinant deux étapes auto-limitantes : modification et retrait. Cette caractéristique auto-limitante permet à l’ALE d’atteindre un contrôle à l’échelle atomique, où, à chaque cycle, une (ou un nombre fixe de) monocouche est retirée.
Pour relever le défi de la gravure profonde anisotrope avec des parois latérales lisses, la technique de gravure catalytique thermique (TCE) a été améliorée avec deux nouvelles approches : la technique à double couche métallique (DML) et la méthode de terminaison. La TCE, basée sur des réactions catalytiques de métaux de transition avec le diamant sous atmosphère d’hydrogène ou de vapeur d’eau, permet de produire des motifs anisotropes avec des parois latérales de qualité.
La gravure induite par faisceau d’électrons (EBIE) retire le matériau lors de l’exposition aux électrons dans une chambre MEB contenant des gaz à basse pression comme l’air ou l’oxygène. Le mécanisme détaillé d’EBIE implique que les électrons primaires entrent en collision avec la surface du diamant, générant des électrons secondaires qui dissocient les molécules de gaz environnantes en radicaux réactifs. Ces radicaux s’adsorbent sur la surface du diamant, réagissent avec les atomes de carbone et forment des sous-produits volatils qui se désorbent, entraînant le retrait du matériau. L’EBIE est particulièrement adapté pour le lissage rapide des surfaces ou pour produire des puits de gravure anisotropes avec des durées de gravure plus longues.
La combinaison de ces trois techniques—ALE, TCE et EBIE—offre des outils puissants pour la fabrication de dispositifs électroniques en diamant à haute performance, tels que les transistors verticaux et les diodes, ainsi que des dispositifs optiques comme les émetteurs de lumière.