Diagnostic d`un Plasma de Procédé de Couches Minces par

RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTÈRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR
ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
UNIVERSITÉ FRÈRES MENTOURI CONSTANTINE
FACULTÉ DES SCIENCES EXACTES
DÉPARTEMENT DE PHYSIQUE
N° d’ordre…….
Série…………... THÈSE
PRESENTÉE POUR OBTENIR LE DIPLÔME DE
DOCTEUR EN SCIENCES PHYSIQUES
SPECIALITÉ : Sciences des Matériaux
OPTION : Semi-Conducteurs
THÈME
Par
Mme BENCHIHEB Nedjoua
SOUTENUE LE : 21 / 06 / 2015
Devant le jury
Président : M.S. AIDA Prof. Univ. Frères Mentouri Constantine
Rapporteur : N. ATTAF Prof. Univ. Frères Mentouri Constantine
Examinateurs : A. ATTAF Prof. Univ. Biskra
: R. MAHAMDI Prof. Univ. Batna
: A. BOURAIOU M.C.A Univ. Djelfa
Diagnostic d’un Plasma de Procédé de
Couches Minces par Pulvérisation
Cathodique

Dédicace
À la mémoire de ma mère Fatima Zohra (dite Ouarda)
« Que Dieu le tout puissant lui accorde son paradis éternel ».
À mon père, ma sœur et mes frères.
À ma belle sœur, mon neveu et mes nièces.
À mon mari Riad et mes enfants (Amine, Sabine et Razane) .
À toute ma famille.
Nedjoua

Remerciements
Je tiens à exprimer ma gratitude envers monsieur le professeur Med Salah Aida pour
m’avoir accueilli au sein du laboratoire des couches minces et interfaces dans lequel j’ai eu la
chance de rencontrer monsieur le professeur Nadhir Attaf. Ma joie était immense lorsqu’ils
m’ont proposé un sujet sur les plasmas, ce qui m’a permis de devenir "enfin !" membre de
l’équipe de ce laboratoire. Je ne cesserai de les remercier tous les deux ; monsieur Attaf pour
son suivi de ce travail avec beaucoup d’attention et d’efficacité et pour son soutien morale
lorsqu’il a fallu, monsieur Aida pour ses interventions pertinentes et judicieuses et pour
m’avoir fait l’honneur de présider le jury.
Je remercie vivement monsieur A. Attaf, professeur à l’université de Biskra, monsieur
R. Mahamdi professeur à l’université de Batna et madame A. Bouraiou maître de
conférences à l’Université de Djelfa, de m’avoir fait l’honneur d’accepter d’être examinateurs
de ce travail, et de leurs critiques constructives tant sur le fond que sur la forme du manuscrit.

sommaire
SOMMAIRE
INTRODUCTION GÉNÉRALE………………………………………………………….. 01
SOMMAIRE DU CHAPITRE I
I. PROCÉDÉS DE COUCHES MINCES ET SILICIUM AMORPHE …………….. 03
HYDROGÉNÉ
Intoduction ……………………………………………………………………………… 03
I.1 Méthodes générales de dépôt de couches minces ………………………………... 04
I.1.1 Dépôt en phase vapeur chimique « CVD » ……………………………………… 04
I.1.2 Dépôt en phase vapeur physique « PVD » ………………………………………. 06
I.1.2.1 Les techniques « PVD » de dépôt par évaporation sous vide ……………… 07
a. Évaporation par bombardement d’électrons ……………………………… 08
b. Évaporation par effet joule ……………………………………………….. 09
c. Évaporation par arc électrique ……………………………………………. 10
d. Évaporation par induction ………………………………………………… 10
e. Évaporation assistée par faisceau d’ions (IBAD) ………………………… 10
f. Évaporation par faisceau laser (ablation laser) …………………………… 12
I.1.2.2 Les techniques PVD de dépôt par pulvérisation cathodique sous vide …….. 12
a. Procédé diode …………………………………………………………….. 14
b. Procédé Triode ……………………………………………………………. 15
c. Procédé Magnétron ……………………………………………………….. 16
I.2 Le silicium amorphe hydrogéné ……………………………………………………18
I.2.1 Structure atomique …………………………………………………………….. 19
I.2.2 Structure de bande ……………………………………………………………… 20
I.2.3 Les particularités du silicium amorphe hydrogéné …………………………….. 23
I.3 Description du système de dépôts ………………………………………………… 24
I.3.1 Les éléments du système ………………………………………………………. 25
I.3.2 Les électrodes et les gaz ……………………………………………………….. 26

sommaire
SOMMAIRE DU CHAPITRE II
II. PLASMAS ET CROISSANCE DE COUCHES MINCES …………………………… 28
Intoduction ……………………………………………………………………………… 28
II.1 Caractérisation des décharges gazeuses ………………………………………….29
II.1.1 Principe de base et phénomène d’amorçage en tension continue …………….. 29
II.1.2 Caractéristiques de la décharge ……………………………………………….. 30
II.1.3 Variation du potentiel entre les deux électrodes d’une décharge ……………... 33
II.2. Plasma froid ……………………………………………………………………… 34
II.2.1 Grandeurs fondamentales dans les plasmas froids ……………………………. 38
II.2.2 Réactions entre particules dans les plasmas froids ……………………………. 39
II.2.2.1 Collisions électroniques ………………………………………………… 40
II.2.2.2 Collisions entre particules lourdes ……………………………………... 43
II.2.3 Interaction particule-Surface ………………………………………………….. 44
II.2.3.1 Neutralisation …………………………………………………………... 46
II.2.3.2 Réflexion de particules ……………………………………………… 47
II.2.3.3 Adsorption et désorption .………………………………………………. 47
II.2.3.4 Implantation .…………………………………………………………… 48
II.2.3.5 Pulvérisation ……………………………………………………………. 49
II.2.3.5.1 Régime de pulvérisation ………………………………………… 49
a. Régime de collisions simples ………………………………………... 50
b. Régime de cascades collisionnelles …………………………………. 50
c. Régime de porosité thermique ……………………………………… 51
II.2.3.5.2 Taux de pulvérisation cathodique ……………………………… 51
II.2.3.5.3 Émission d’électrons secondaires ……………………………… 59
II.3. Croissance des couches minces ………………………………………………… 61
II.3.1 Mécanismes élémentaires hors équilibre………………………………………. 61
II.3.2 Mécanismes à l’échelle microscopique : modes de croissance ……………….. 64
II.3.3 Microstructure ………………………………………………………………… 65
SOMMAIRE DU CHAPITRE III
III. TECHNIQUES DE CARACTÉRISATION DU PLASMA ET DE …………… 69
LA COUCHE MINCE
Intoduction ……………………………………………………………………………… 69
III.1. Diagnostic de la phase plasma par SEO ……………………………………… 70