Study of a micro-hollow cathode discharge for the production of atomic nitrogen : application to boron nitride deposition
Étude d'une micro-décharge à cathode creuse pour la production d'azote atomique Application au dépôt de nitrure de bore
Résumé
The aim of the thesis is to contribute to the better understanding of micro-hollow cathode discharges (MHCD) and their application to the production of atomic nitrogen for boron nitride synthesis. First, a parametric study of the MHCD in an argon/nitrogen gas mixture, is performed, with a cross-comparison of both kinetic modeling of the discharge and plasma diagnostics, in order to identify the parameters controlling the production of atomic nitrogen in the hole of the MHCD. Then, ways to extend the plasma volume of the MHCD are studied, the goal being the synthesis of boron nitride over large circular surfaces (5 cm in diameter). Adding a pressure differential between the two sides of the MHCD creates a jet which effectively transports atomic nitrogen over long distances and adding a positive continuous polarization of the substrate allows for a homogenous density of atomic nitrogen over a large surface. Finally, the application to the deposition of boron nitride is studied, exploring the impact of different parameters on the characteristics of deposited films. In particular, amorphous boron nitride films are characterized, and their transferability is studied for their integration in electronic devices.
L’objectif de cette thèse est de contribuer à la compréhension du fonctionnement des microdécharges à cathode creuse (MHCD) et leur potentiel d’application à la production d’azote atomique pour le dépôt de nitrure de bore. Dans un premier temps, une étude paramétrique de la source MHCD, fonctionnant en mélange argon/azote, est réalisée, par une approche croisée de modélisation et de diagnostics plasma, afin de déterminer les paramètres contrôlant la production de l’azote atomique dans le trou de la MHCD. Dans une deuxième partie, les possibilités d’expansion du volume plasma de la MHCD sont explorées, dans l’objectif de réaliser des dépôts de nitrure de bore sur de grandes surfaces circulaires (5 cm de diamètre). L’ajout d’un différentiel de pression entre les deux côtés de la MHCD permet de créer un jet qui transporte efficacement les atomes d’azote sur de longue distance et la présence d’une polarisation continue positive du
substrat permet d’obtenir une densité homogène d’azote atomique sur une grande surface. Enfin, l’application au dépôt de nitrure de bore est étudiée, avec une étude exploratoire des différents paramètres de dépôt et leur impact sur les caractéristiques des films déposés. En particulier, des films de nitrure de bore amorphe sont caractérisés et leur transfert est étudié pour leur intégration dans des dispositifs électroniques.
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