Projet ANR-07-BLAN-0357 – HIPPOPP : High Power Pulsed Optimized Plasma Process for the deposition of highly insulating large band gap nitrides (AlN, BN)
Programme : Blanc (BLANC) 2007
Année de financement : 2007
Coordinateur du projet : CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE BRETAGNE ET PAYS- DE-LA-LOIRE (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE BRETAGNE ET PAYS- DE-LA-LOIRE)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique; Centre national de la recherche scientifique; Université Lille 1 - Sciences technologies
Montant : 330000.0 euros
Date de début : 2008
Durée : 36 mois
Résumé : Les dispositifs électroniques élaborés à partir de semiconducteurs à large bande interdite permettent de travailler à haute température et sous environnement hostile. Parmi ces matériaux exceptionnels, la filière des nitrures III-N est constituée notamment de GaN, AlN et c-BN. Actuellement, le nitrure de gallium GaN occupe une place prépondérante dans les applications militaires et grand public. De part leur gap encore plus grand (6 eV), AlN et BN permettent d'envisager des applications dans divers domaines allant du secteur militaire aux problématiques environnementales. Citons pour exemple : l'astronomie UV, les systèmes de lithographie, la dosimétrie UV de rayonnement, la surveillance de la pollution. En outre, AlN et c-BN sont des matériaux extrêmement prometteurs pour les dispositifs électroacoustiques à onde de surface ou à onde de volume. De nos jours, ces dispositifs sont employés couramment dans une variété d'applications allant de l'électronique grand public jusqu'aux équipements scientifiques et militaires spécifiques. -  La croissance épitaxiale d'AlN a déjà été obtenue par dépôt par jet moléculaire à plus de 1000°C alors qu'il n'a jamais été possible de déposer du c-BN par cette technique même à haute température. Les méthodes de dépôt physique en phase vapeur (PVD) se sont révélées beaucoup plus efficaces pour la synthèse du c-BN. De plus, elles ont permis de réduire significativement la température de synthèse en passer sous la barre des 400°C. Néanmoins, le bombardement ionique inhérent à ce type de méthodes induit une dégradation de la qualité cristalline et un accroissement de la contrainte dans les films, ce qui conduit à une mauvaise adhérence et à l'impossibilité de synthétiser des films épais. -  -  Notre projet a pour objectif de montrer la faisabilité de la synthèse des films d'AlN et c-BN ayant une bonne qualité cristalline, une orientation contrôlée et une faible contrainte par pulvérisation magnétron pulsée à forte puissance (HPPMS). Ce nouveau et très prometteur procédé PVD est basé sur la pulvérisation d'une cible suite à des impulsions de très forte puissance qui lui sont appliquées. Pendant la durée de l'impulsion (quelques dizaines de µs), la densité de courant à la surface de la cible atteint des valeurs supérieures à l'A/cm2 et génère un plasma très dense près de la cible ce qui entraîne une très forte ionisation des espèces pulvérisées. Le LPGP (partenaire 2), a développé une technique de contrôle de ce type de décharge permettant de s'affranchir des inconvénients majeurs du procédé qui sont le risque de passage en régime d'arc et de chute de la vitesse de dépôt. Leur solution consiste à maintenir la décharge dans un régime de préionisation durant la période off du pulse de puissance. Cette technique a permis une stabilisation des conditions de décharge avec des densités de courant élevées et un taux d'ionisation accru. Un autre avantage de ce procédé est la très large plage de pression de fonctionnement de la décharge (3-300 mTorr). En assurant la thermalisation des particules énergiques par des collisions neutre-neutres et ion-neutres, ce procédé permet un contrôle aisé et précis de la puissance transférée au film pendant le dépôt. -  Le défi de ce projet est d'utiliser le procédé HPPMS pour la synthèse à basse température de films complexes comme AlN et c-BN. Les potentialités de cette technique ont été démontrées pour le dépôt des films métalliques et sont actuellement explorées pour la synthèse d'oxydes en plasma réactif. Par contre, ce procédé n'a jamais été utilisé pour la synthèse de matériaux très isolants en plasma réactif d'azote. Une adaptation de l'ensemble du procédé et en particulier du circuit électrique de commande de la décharge pulsée est donc nécessaire. Une fois ce verrou technologique levé, il sera nécessaire d'explorer les gammes de variations des conditions du procédé afin de trouver les conditions optimales de synthèse des films AlN et c-BN. Cette étape nécessite une