Synthèse de couches minces de nitrures d'aluminium et de Bore par pulvérisation cathodique magnétron classique et à très haute puissance pulsée pour la gestion thermique des composants à haute température de fonctionnement

Ces travaux concernent la mise au point d'un procédé de synthèse de couches minces AIN et BN à basse température par des procédés de pulvérisation réactive. Ce procédé magnétron a été choisi pour sa compatibilité avec les technologies de la microélectronique. Afin de permettre l'élaboration de films très bien cristallisés, nous avons d'une part optimisé le procédé classique et d'autre part mis en œuvre un procédé original en l'occurence la pulvérisation magnétron à très haute puissance pulsée (HiPIMS). Les matériaux obtenus permettront, grâce à leur très forte conductivité thermique, de diminuer la résistance thermique des composants et d'accroître leurs performances.Notre étude à consisté à bien caractériser la décharge en mode DC grâce à des diagnostics in-situ. Une optimisation des nombreux paramètres du plasma en corrélation avec les propriétés des matériaux synthétisés a permis d'obtenir une bonne qualité cristalline des films d'AIN. Par la suite le procédé HiPIMS, non encore utilisé pour le dépôt de matériaux très isolants en plasma réactif d'azote, a été mis en œuvre. Grâce à une amélioration de l'ensemble du procédé, nous avons réussi à lever tous les verrous techniques et à déposer des matériaux très isolants comme l'AIN et le BN. La qualité cristalline des films d'AIN a même été améliorée en comparaison avec la technique conventionnelle (DC) tant bien au niveau de l'interface avec le substrat que dans le volume de la couche. Enfin, les propriétés thermiques des films de nitrure d'aluminium ont été déterminées et liées à leurs microstructures. Une conductivité thermique de 200 W.m-1 .K-1 a été obtenue, valeur proche de celle du matériau massif.This work is dedicaced to the development of a low temperature aluminium and boron nitrides (AIN and BN) thin film deposition process by reactive magnetron sputtering. This process is suitable for the requirement of microelectronics technologies. In order to elaborate high crystalline quality films, we optimized the classical magnetron sputtering process and, then, set-up the newly emerging technique of High Power Impulse Magnetron Sputtering. Thanks to their high thermal conductivities, the synthezided materials will allow a lowering of the thermal resistance of devices and an increasing of their performances. First, a complete analysis of the DC discharge was conducted in order to optimize the numerous plasma parameters in correlation with the material properties. Our study showed that it is possible to obtain a good crystalline quality of aluminium nitride thin films. Second, we have demonstrated for the first time that HiPIMS process, can be used for the deposition of insulating material as AIN and BN. Thanks to an adaptation of the whole process including the pulsed power supply we overcome all technical problems and deposit such dielectric materials. Thanks to time-resolved diagnostic of the discharge, this process was optimised and allowed an improvement of AIN films' crystalline quality both at the interface with the substrate and at the ''bulk'' of the film. Third, thermal properties of AIN films were measured and linked to their microstructures. A thermal conductivity as high as 200 W.m-l.K-1 was obtained.NANTES-BU Sciences (441092104) / SudocSudocFranceF

Hydrogen doped BaTiO3 films as solid-state electrolyte for micro-supercapacitor applications

International audienceSolid electrolytes are important part of all-solid state energy systems that store electrical energy on the chip. They allow a direct incorporation of micro-storage component with simple device architecture while operating at higher temperatures compared to liquid electrolytes. However, solid electrolytes are usually deposited at high temperatures, exceeding the thermal budget of current semiconductor technology. Herein, we report on the synthesis of high performance BaTiO3:H films as solid state electrolyte in which we incorporate protons during a room temperature RF sputtering process. Drastic changes occur on chemical, structural and electrical properties of the films when they accommodate highly mobile and reactive protons. BaTiO3:H films have well-defined crystalline phases and display an optical bandgap which decreases by increasing the HMR in the sputtering gas. In addition, these films show two relaxation processes. The first, thermally activated with an energy around 0.5 eV, emerges at low temperature due to the proton diffusion within the oxide material. The diffusion of positively charged oxygen vacancies by overcoming an energetic barrier of about 1.1 eV yields to a second relaxation which takes place at relatively high temperature. By using carbon nanowalls as high effective area bottom electrode, we anticipate a large specific capacitance

Titanium nitride films for micro-supercapacitors: Effect of surface chemistry and film morphology on the capacitance

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