Plasmas complexes de silane pour le dépôt de couches minces : progrès et défis

Dans cette présentation nous allons retracer l’évolution dans le domaine des plasmas de silane (décharges RF) pour le dépôt de couches minces de silicium. Ces recherches, motivées dans les années 1980 par le photovoltaïque et l’industrie des écrans plats, avaient pour but d’augmenter la vitesse de dépôt de couches minces de silicium amorphe hydrogéné (a-Si :H) et de nano- ou micro-cristallins (μc-Si:H), ce qui conduit à une riche physico-chimie du plasma et à la formation de poudres. En étudiant les mécanismes de formation de poudres nous avons montré que leurs précurseurs (agrégats et nanocristaux) pouvaient non seulement contribuer au dépôt mais en plus lui conférer des propriétés intéressantes : c’est ainsi qu’est né le silicium polymorphe (pm-Si:H). Mais l’histoire ne s’arrête pas là, au contraire, elle s’est accélérée et nous avons très rapidement su exploiter la formation d’agrégats pour passer à l’épitaxie par plasma à 175 °C de couches de c-Si sur c-Si ainsi qu’à l’hetero-épitaxie et l’intégration du c-Si sur des matériaux III-V. Ainsi, passer du substrat verre couramment utilisé pour le dépôts d’- aSi:H, de μc-Si:H et de pm-Si:H, a ouvert le domaine de matériaux et applications accessibles aux procédés PECVD. L’étape suivante fut l’ajout de nanoparticules de métaux (Sn, In, Bi) sur le substrat pour promouvoir la croissance de nanofils de Si et de Ge cristallin. Qui plus est, en fonction des conditions opératoires, les nanofils peuvent avoir une croissance soit hors du plan du substrat comme dans le procédé VLS (vapor-liquid-solid), soit dans le plan du substrat (nanofils horizontaux. Nous allons voir que la présence du plasma est déterminante dans le processus de croissance de nanofils verticaux et qu’elle permet de moduler la géométrie des nanofils horizontaux. Dans la présentation je montrerai les progrès obtenus, souvent le résultat de défis dont une partie reste à résoudre.