Mémoires de Fin d’Etudes
Etablissement
Université de Sétif 1 - Ferhat Abbas
Affiliation
Département de Physique
Auteur
LATRECHE, Abdelhakim
Directeur de thèse
Z. Ouennoughi (Professeur)
Co-directeur
Z. Chaoui (Professeur)
Filière
Physique de Solide
Diplôme
Magister
Titre
NON-HOMOGÉNÉITÉS DANS LES STRUCTURES MÉTAL/SEMICONDUCTEURS
Mots clés
Schottky Mo/4H-SiC.-la théorie (146 A/K2cm2).-inhomogènes ( b0 , 0 , Rp, Rc )-les structures Mo/4H-SiC.
Résumé
Dans le cadre de ce travail, nous avons apporté une contribution à l’étude de l’inhomogénéité dans la structure métal/semiconducteur suivant le modèle de Werner, et nous avons étudié comme application la structure Schottky Mo/4H-SiC. L’étude est faite par deux méthodes : en premier temps, nous avons utilisé la méthode standard suivie par la plupart des chercheurs qui est basée sur l’extraction des paramètres homogènes ( b0, n, Rs), en particulier la barrière de potentiel à partir des mesures I-V puis on la modélise suivant le modèle inhomogène proposé par Werner, c’est-à-dire extraire la barrière moyenne ( b0) et la déviation standard ( 0). Cette méthode nous permet de déduire la valeur de la constante de Richardson qui est en accord avec celle donnée par la théorie (146 A/K2cm2). Cependant, cette méthode suppose que la barrière moyenne ( b0) et la déviation standard ( 0) sont constantes en fonction de la température, ce qui n’est pas vraie. Prenons les valeurs de ( b0) et ( 0) on trouve des anomalies, tels que le croisement des caractéristiques I-V dans la partie linéaire, et l’augmentation de courant à basses températures. Chand explique ces anomalies par les bornes de l’intégrale, comme nous avons présenté au deuxième chapitre, cette explication présente des limites, parce que l’origine de ces anomalies réside dans la fonction de l’intégrale qui est à la fois déplacée vers les barrières de potentiel négatives et plus prononcé aux valeurs élevées de la déviation standard. En second temps, nous avons extrait directement la barrière moyenne ( b0) et la déviation standard ( 0) à partir d’un modèle inhomogène général proposé par Osvald, où on introduit l’effet de la résistance série qui est composé par deux résistances (l’une associée à chaque diode élémentaire, r = RpA, et l’autre commune, Rc). Dans ce cadre nous avons développé une méthode d’extraction des quatre paramètres inhomogènes ( b0 , 0 , Rp, Rc ) basée sur la méthode des moindres carrées. Comme nous l’avons vu, les courbes expérimentales de I-V coïncident avec celles simulées, néanmoins, cette coïncidence n’est pas parfaite, elle est peut-être due à la supposition de l’homogénéité de la résistance série associée à chaque diode élémentaire. L’étude de simulation basée sur cette méthode montre que la déviation du facteur d’idéalité de la valeur 1 est due principalement à la résistance (Rp) et à la déviation standard ( 0) qui présentent l’inhomogénéité réellement existante dans les diodes réelles. Notre application est faite sur la structure Mo/4H-SiC dans la gamme de température (303 K-498 K) pour différents diamètres de contact Schottky et différentes doses de l’implantation ionique du carbone et de l’aluminium incorporés dans l’anneau de garde. L’étude a donné les principaux résultats suivants : 1. Le facteur d’idéalité (n) décroit puis augment en augmentant la température, les valeurs de (n) restent plus faibles ; varient de 1.025 à 1.06 pour les structures implantées par le carbone et de 1.05 à 1.25 pour la structure implantée par l’aluminium, ce qui signifie que le mécanisme prépondérant en polarisation directe dans nos structures est l’effet thermoïonique. Le facteur d’idéalité diminue lorsque la dose de l’implantation est plus élevée ce qui signifie que l’effet de bord est l’un des paramètres influant sur le facteur d’idéalité. 2. La hauteur de barrière de potentiel ( b) augmente avec l’augmentation de la température et augmente aussi lorsque la dose de l’implantation ionique augmente. Cette augmentation de la hauteur de barrière est la traduction de la diminution du courant direct. 3. La variation du facteur d’idéalité et la hauteur de barrière de potentiel avec la température n’ont pas une explication dans le cadre du modèle homogène (le modèle homogène ne donne pas l’évolution des deux paramètres en fonction de la température). 4. L’application de la méthode standard du modèle inhomogène de Werner donne des valeurs constantes en fonction de la température de la barrière moyenne ( b0) et la déviation standard ( 0). Concernant la barrière moyenne, elle augmente avec l’augmentation de la dose de l’implantation ionique dans la plupart des échantillons. Elle varie de 1.07 eV à 1.23 eV pour les échantillons implantées par le carbone. En ce qui concerne la déviation standard, elle présente une diminution dans la plupart des échantillons elle varie de 0.067 eV à 0.08 eV. Cette méthode nous permet de déduire une valeur expérimentale de la constante de Richardson proche de celle donnée par la théorie (146 A/K2cm2). 5. L’application de la deuxième méthode montre que la barrière moyenne et la déviation standard évoluent avec la variation de la température. Les deux paramètres augmentent linéairement avec l’augmentation de la température. 6. La résistance série Rs extraite du contact homogène augmente en augmentant la température. Cette résistance est équivalente à la somme de deux résistances séries dans le modèle inhomogène ; Rp et Rc. Nos résultats montrent que la résistance Rc augmente en fonction de la température et Rp diminue légèrement en augmentant la température. Cependant, la somme de ces résistance reste inférieure à la résistance Rs. l’augmentation de la résistance Rc est expliquée par la diminution de la mobilité des électrons dans la coche épitaxiale et dans le substrat. 7. Les paramètres (homogènes où inhomogènes) que nous avons extraits varient légèrement avec le diamètre de la diode Schottky, cette variation peut confirmer l’inhomogénéité de la barrière Schottky Mo/4H-SiC. Notre deuxième objectif est l’étude du courant inverse (courant de fuite), le mécanisme prépondérant dans ce cas est l’effet tunnel, notamment à hautes tensions de polarisation. Ce courant est calculé selon la formule de Tsu et Esaki qui est basée sur la détermination du coefficient de transmission. La solution exacte de l’équation de Schrödinger à travers la barrière Schottky est inconnue jusqu’à présent ; dans notre travail nous avons utilisé trois approximations pour déterminer la transparence, T(E), telles que WKB(WKBJ), MAF et TMM. Dans le cas de la barrière Schottky et en nous basant sur le travail de Ghatak nous avons montré que les méthodes WKB et MAF sont valables pour le calcul de la transparence des particules à travers la barrière Schottky. Introduisant l’effet de la force image l’étude de simulation a donné les résultats suivants : 1. Les coefficients de transmission calculés par les méthodes WKB, WKBJ et MAF sont confondues, en particulier les transparences calculées par les deux méthodes WKBJ et MAF. 2. Le courant tunnel augmente en fonction de la polarisation inverse, cette augmentation est attribuée à la diminution de la largeur du profil de potentiel, qui conduit à l’augmentation du coefficient de transmission. 3. Le courant tunnel augmente lorsque la masse effective diminue. 4. La contribution au courant tunnel en fonction de l’énergie montre qu’on peut atteindre la totalité du courant par la contribution de quelques électrons volts d’énergies situées au-dessous de la valeur maximale (Umax) du profil de la barrière. En augmentant la tension de polarisation cet intervalle d’énergie s’éloigne plus de la valeur maximale Umax jusqu’à dépasser la hauteur de la barrière Schottky. 5. l’apparition d’une contribution maximale au courant à une énergie (E0) située au-dessous de l’énergie maximale (Umax ) pour les hautes tensions de polarisation, cette contribution est non symétrique par rapport à cette énergie (E0). 6. Le courant tunnel diminue lorsque la barrière de potentiel est augmentée parce que le coefficient de transmission diminue à cause de l’élargissement du profil de potentiel. 7. Le courant tunnel augmente quand la déviation standard augmente, cette augmentation est expliquée par le fait que le courant tunnel préfère de pénétrer à travers les barrières faibles. 8. Le courant tunnel augmente en fonction de la température parce que la densité des électrons augmente en augmentant la température. La comparaison des courants inverses mesurés avec ceux simulés par les paramètres extraits des caractéristiques I-V en polarisation directe montre que l’effet tunnel est prépondérant en polarisation inverse et en particulier à hautes tensions de polarisation. Ce courant reste faible en le comparant avec le courant mesuré. L’explication de cette divergence est inconnue jusqu’à présent et l’inhomogénéité de la barrière n’a pas vraiment un rôle important sur le courant inverse observé dans les structures Mo/4H-SiC.
Date de soutenance
2012
Cote
TH892
Pagination
127P
Format
CD
Statut
Soutenue