ORIGINES DES RECOMBINAISONS

INTRODUCTION

L’étude que nous abordons dans cette partie sera consacrée à l’analyse physique et chimique du substrat polycristallin. Les principaux défauts inhérents à ce matériau et leurs origines seront identifier [3]. Pour ce faire nous nous intéresserons particulièrement à une variété de substrat polycristallin fabriqué par photowatt-CGE dénommé silicium “ polix” 

PRINCIPE DE PREPARATION

Le substrat polycristallin est obtenu à partir de silicium (de qualité électronique) [5]. Le procédé de fabrication consiste en une fusion du silicium dans un creuset fixe placé dans un gradient thermique convenable, calorifugé sur toute sa surface; le silicium fondu et ensuite dopé et on procède à une solidification progressive du silicium dopé. Pour cela la partie inférieure du calorifuge est supprimé; ce qui permet de contrôler la vitesse de recristallisation. Le gradient thermique sera vertical car les pertes de chaleur se font par rayonnement.

On aura ainsi une recristallisation unidirectionnelle donnant une structure colonnaire. La structure colonnaire est peu perturbée le long du substrat; la révélation chimique permet d’observer les défauts cristallins. La zone solidifier en premier lieu présente une faible densité de défauts structuraux et une grande taille des grains. La zone du milieu présente quant à elle une légère augmentation du nombre de défauts par rapport à la précédente. La zone solidifiée en dernier lieu présente une très grande densité de défauts structuraux. Pour interpréter leurs propriétés optoélectroniques dans le matériau, nous allons d’abord procédé à leur identification.

LES DEFAUTS

En général la recristallisation du silicium est relativement rapide. Il y’a rupture de l’équilibre thermodynamique à l’interface solide-liquide au cours du tirage. C’est à cette phase de recristallisation qu’il y’a formation des défauts ponctuels devenant par extension des dislocations. Lorsque la densité des dislocations devient plus importante, elles donnent naissance aux sous-joints et joints de grains. Les joints de grains sont également dus à des déformations locales provoquées par les impuretés.

Les impuretés

Dans un cristal donné, on désigne par le terme impureté tout atome ou groupement d’atomes étrangers au réseau cristallin. Ces atomes peuvent être introduits volontairement dans l’édifice cristallin pour conférer au matériau des propriétés spécifiques (dopage, passivation) ou au contraire constituent des impuretés indésirables. Dans ce cas ce sont généralement des impuretés résiduelles après les différentes phases de purification du substrat ou de la contamination par le milieu de recristallisation.

Les principales impuretés indésirables présentes dans le silicium polycristallin sont l’oxygène et le carbone. Suivant la température et le temps de recuit elles peuvent former différents complexes entre elles ou avec les atomes de silicium [6]. Le phénomène de précipitation des différentes impuretés au cours de la fabrication du matériau entraîne un changement local de volume dans le matériau qui introduit donc des contraintes mécaniques dans le réseau. Il en résulte ainsi l‘apparition de défauts structuraux. 

Les défauts cristallographiques

Ce sont les imperfections structurales du cristal. Dans le silicium polycristallin ces principaux défauts sont: les dislocations, les joints de grain et les sous-joints. Leurs nocivités s’expliquent par le fait qu’ils représentent des sites privilégiés de diffusion des impuretés contenues dans le volume du cristal .

Les dislocations

Ce sont des défauts linéaires en volume pouvant atteindre la surface. Elles sont créées par des distorsions du réseau cristallin produites par le glissement de certaines parties du cristal par rapport à d’autres (figure I-1) [7]. Nous avons: • La dislocation coin: qui se forme lorsque les deux parties décalées du cristal, sont telles que le nombre de plan atomique se trouvant dans ces derniers diffèrent d’au moins une unité. • La dislocation hélice ou vis: elle est disposée dans un plan parallèle au vecteur déplacement du cristal. Dans ce dernier cas le déplacement affecte toute l’épaisseur du cristal et s’effectue suivant la direction du vecteur déplacement de sorte que dans la région perturbée du cristal, les plans réticulaires forment une surface hélicoïdale (figure I-1).