Caractérisation des propriétés optiques

des nanocristaux de silicium par ellipsométrie spectroscopique.

MAIRE Carole

Laboratoire de Physique des Milieux Denses

Université Paul Verlaine-Metz

PLAN

1. Objectifs du stage.

2. Présentation de l’ellipsométrie spectroscopique.

3. Principe d’exploitation des mesures.

4. Présentation des résultats expérimentaux.

5. Conclusion.

1. Objectifs du stage

Déterminer les propriétés optiques de nanocristaux de Silicium

Présentation des échantillons étudiés.

Substrat de Si

Nanocristaux de Silicium

Couche de SiN

Dépôt (NH3/SiH4,temps) Recuit (sous Ar) Nom échantillon

14/14, 4` NR 14ANR

14/14, 4` RTA 1000°C,1’,direct 14Arta

14/14, 4` RTA dir + RC, 700°C 14Arc700

14/14, 4` RTA dir + RC ,900°C

14Arc900

14/14, 4` RTA 1000°C, 1’, palier 500°C,1’

1414Brt1

7/7, 5’ NR 77ANR1

7/7, 5’ RTA 1000°C, 1’,direct 77ARTA1

7/7,5’ RTA dir + RC700° C

77ARC700

7/7, 5’ RTA dir + RC, 1100° C

77ARC111

21/14 RTA dir + RC, 700°C 21-14

28/14 RTA dir + RC, 700°C 28-14

2. Présentation de l’ellipsométrie spectroscopique.

Mathématicien allemand Paul Drude(1863-1906)

L’ellipsométrie est une technique optique d’analyse de surface fondée

sur la mesure du changement de l’état de polarisation de la lumière

après réflexion sur une surface plane.

sr

=0° ou

180°

Ex

Ey

E y

E x

E x ≠

Ey

et/ou

≠

90°

sp

ii

s

p

s

p eer

r

r

rsp .tan)(

tans

p

r

r

sont les angles ellipsométriques

et

2. Présentation de l’ellipsométrie spectroscopique.

2. Présentation de l’ellipsométrie spectroscopique.

Le montage utilisé

Polariseur Glazebrook

2. Présentation de l’ellipsométrie spectroscopique.

Le montage utilisé

2. Présentation de l’ellipsométrie spectroscopique.

Résumé

Modulation du flux lumineux incident par le polariseur tournant

Décomposition en série de Fourier

Mesure des angles ellipsométriques

Méthode de Hadamard

Comparaison avec un modèle adapté

Détermination des paramètres optiques recherchés.

3. Principe d’exploitation des mesures

Milieux hétérogènes : approximation nécessaire :

théorie des milieux effectifs

Interprétation des mesures: les lois de dispersion

(, ) Paramètres (ni, ki, di,..)recherchés

Inversionet

Modèle

Principe général

(exp,exp)

(mod,mod)

2Expérience

Modèle

ou E

Grandeursmesurés

2

exp

2

exp2 coscostantan i

théoi

N

i

ithéo

i

3. Principe d’exploitation des mesures

Caractérisation d’un échantillon

Premier modèle élaboré Comparaison des paramètres ellipsométriques

Echantillon 14 Arc 700

Le Silicium cristallin est inadapté pour décrire les propriétés optiques des

Nanocristaux de Silicium !!

2La valeur de est trop grande !!

3. Principe d’exploitation des mesures

Caractérisation d’un échantillon

Second modèle élaboré : avec une loi de dispersion Comparaison des paramètres ellipsométriques

Echantillon 14 Arc 700

4. Présentation des résultats expérimentaux.

Comparaison des paramètres ellipsométriques

4. Présentation des résultats expérimentaux.

Détermination des propriétés optiques des nanocristaux de Silicium

Echantillons 14/14

4. Présentation des résultats expérimentaux.

Graphe Eg en fonction de la taille des nanocristaux de Silicium

Elargissement du gap optique par confinement quantique.

CONCLUSION

Intérêts de l’ ellipsométrie.

Applications : Intérêts des nanocristaux de Silicium.