Analyse des propriétés de transport électrique dans le silicium sur isolant — Utilisation du pouvoir thermoélectrique

Abstract

L'utilisation du pouvoir thermoelectrique (PTE) pour l'etude des proprietes de transport des semiconducteurs inhomogenes est proposee lors de ce travail. Plus particulierement le Silicium sur Saphir (SSI) de type N (couche mince de silicium, inhomogene dans le sens de sa croissance epitaxiale) sert de materiau de reference et de test. Une etude theorique d'abord, de la conductivite electrique, de l'effet Hall et du PTE de tels echantillons est presentee; les variations des mobilites et des densites de porteurs avec la temperature dans les differentes parties de l'echantillon inhomogene sont prises en consideration. Un modele theorique numerique pour des materiaux pouvant etre consideres comme etant constitues de deux couches a proprietes differentes (materiaux bicouches) est ensuite etabli. A l'aide de ce modele theorique une comparaison detaillee entre l'effet Hall et le PTE relativement a leur pertinence pour l'etude d'un materiau bicouche est effectuee. Nous montrons ainsi que les mesures du PTE sont beaucoup plus sensibles aux inhomogeneites que les mesures d'effet Hall. Dans le cas du SSI l'etude de la sensibilite du PTE (S ) et de la conductivite electrique (σ) en fonction des variations des parametres globaux de transport montre que les mesures conjuguees de σ et de S peuvent s'averer suffisantes pour une caracterisation efficace et satisfaisante du materiau dont un des principaux problemes est son inhomogeneite epitaxiale. Des mesures effectuees sur des echantillons de SSI dopes au phosphore sont ensuite presentees et analysees. Ces echantillons d'une epaisseur de 0,7 μm, sont etudies dans une gamme de temperature de 77 K a 360 K. A partir des variations de leur conductivite electrique et de leur PTE nous deduisons leurs parametres de transport (densites et mobilites des porteurs ainsi que leurs variations). Les echantillons etudies correspondent bien au modele theorique bicouche que nous avons elabore. Ils presentent une structure N-N+. La couche degeneree N+, d'une epaisseur deduite de 150 A, constitue la region de transition entre le substrat isolant et la partie principale monocristalline du film. Elle pourrait etre soit une region surdopee soit une couche d'accumulation forte.