Équipe MaCÉPV - Matériaux pour Composants Électroniques et Photovoltaïques

Technologies pour composants inorganiques

De Équipe MaCÉPV - Matériaux pour Composants Électroniques et Photovoltaïques
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Responsable : MULLER Dominique

Cette plate-forme regroupe un ensemble d’équipements destinés à des études allant de la physique fondamentale jusqu’à l’élaboration de petits dispositifs ou démonstrateurs dans le domaine des micro- et nanotechnologies et du photovoltaïque.

Cette plate-forme se décline en deux composantes.

Plateau faisceaux d’ions

Implanteur.jpg

ACACIA

plus de détails sur la plate-forme ACACIA

La plate-forme ACACIA rassemble des équipements et des compétences destinés à la mise en œuvre de procédés utilisant des faisceaux d’ions. Elle comprend un implanteur 200 kV moyen courant et un accélérateur 4 MV qui donnent accès à une large gamme de faisceaux d'ions utilisés pour synthétiser, modifier ou analyser des matériaux. Cet ensemble expérimental, unique dans tout le Grand Est de la France, permet au laboratoire de mener à bien, en collaboration avec des partenaires locaux, nationaux ou étrangers, des projets de recherche nécessitant des implantations, des irradiations ou encore des analyses par faisceaux d'ions. Les équipements de la plate-forme sont ouverts aux demandes émanant d'autres laboratoires ou d'industriels soit sous forme de collaboration scientifique ou de prestation de service.

L’accélérateur 4 MV est équipé de trois lignes de faisceaux :

- une ligne dédiée aux analyses RBS, ERDA, NRA, PIXE avec possibilité de mesures en canalisation. Cette ligne aboutit à une station terminale qui est commune à l’implanteur 200 kV.

- une ligne d’implantation haute énergie / irradiation permettant de traiter des échantillons sur quelques cm2 jusqu’à 800°C.

- une ligne plus récente munie d’un système ultra-rapide (1 ns, 25 kHz) de pulsation du faisceau et la possibilité d’avoir accès à un faisceau extrait à l’air.

ACTIVITES

Les ions ayant acquis de la vitesse dans un accélérateur (ou un implanteur) cèdent leur énergie, lorsqu’ils pénètrent dans la matière, soit aux électrons (diffusion inélastiques) soit aux atomes (diffusion élastique). Ces deux modes de perte d’énergie dépendent de la nature du matériau, de l’ion et de son énergie. De ces échanges il en découle un effet de ralentissement et de diffusion des ions qui peuvent être mis à profit soit pour sonder la matière, soit la transformer.

Analyse.JPG

L’analyse est faite en observant les particules ou rayonnements émis pendant l’interaction de particules légères ayant une énergie de l’ordre du MeV avec la matière. Le faisceau pulsé permet en outre d’étudier à l’échelle de la nanoseconde l’aspect temporel des mécanismes induits par les ions.


Implantation Irr.JPG

L’implantation consiste à introduire un élément donné dans un matériau en contrôlant de façon précise la quantité et la profondeur ( jusqu’à 1 µm de la surface) de l’espèce introduite. C’est une méthode physique d’élaboration des matériaux qui diffère de la chimie parce qu’elle a lieu hors de l’équilibre thermodynamique.


L’implantation permet de modifier différentes propriétés des matériaux :

- structurelles : création de défauts ponctuels ou étendus, formation d’agrégats, amorphisation

- mécaniques : microdureté, résistance à la fatigue, à l’usure, formation de nouvelles phases

- électriques : dopage, ingénierie des défauts, diffusion assistée par faisceau

- optiques : changement de l’indice de réfraction, introduction d’effets non linéaires

- magnétiques : formation de domaines magnétiques

Aux fortes fluences, l’implantation permet aussi de synthétiser des composés ou des alliages.

Salle blanche et équipements périphériques

Salleblanche.jpg

La mise au point de matériaux et dispositifs électroniques performants nécessite des procédés d’élaboration et de traitement sophistiqués. Certaines étapes requièrent une atmosphère contrôlée, tandis que pour d’autres les conditions de mise en œuvre sont moins sévères. Cette plate-forme est axée sur les procédés d’élaboration et de traitement et est plus particulièrement orientée vers le développement des cellules solaires mais aussi des capteurs ou des micro−systèmes.

Elle est constituée d'un ensemble de 400 m2 dont le coeur est une salle blanche de 100 m2 (classe 1000 à 10), regroupant les équipements les plus sensibles (fours en atmosphère contrôlée, RTCVD, chimie de nettoyage, gravure et traitement de surface, profilométrie, lithographie optique). Les 300 m2 restant accueillent un grand nombre d'équipements périphériques (PECVD, pulvérisation cathodique, évaporateurs, gravure ionique), dont une grande partie est sous flux laminaires, assurant un environnement de classe 100 sur le poste de travail.