La demande croissante pour les semi-conducteurs III-V dans les applications photovoltaïques haute efficacité, la photonique quantique et les technologies d'imagerie avancées nécessite le développement de méthodes de fabrication innovantes et économiquement viables. Ce projet de thèse vise à développer des procédés de gravure plasma pour les semi-conducteurs III-V à base d'In afin de produire des structures à haut rapport d'aspect (HAR) sur des plaquettes de grandes dimensions (100-300 mm). La recherche aborde deux défis majeurs : comprendre comment les fenêtres de procédé de gravure évoluent avec la quantité de matériau et les conditions de procédé (dominance physique vs chimique), et minimiser la dégradation électrique induite par la gravure HAR, cruciale pour les performances des dispositifs.
Ces défis sont fondamentalement liés à la faible volatilité des sous-produits de gravure à base d'In, à la nécessité d'équilibrer les apports d'énergie cinétique et thermique pour améliorer la sélectivité de gravure, et à la gestion des effets de chargement pour la production à grande échelle. L'approche expérimentale s'appuiera sur les installations de pointe du CEA-Leti, incluant la plateforme Photonique pour le traitement de plaquettes de 2-4 pouces, permettant le développement de stratégies de masquage (dépôt de masque dur, photolithographie) et la gravure à basse température (<100°C). Par ailleurs, la plateforme Si dispose d'un réacteur de dernière génération de 12 pouces avec capacités de plasma pulsé pour la gravure à haute température (>150°C).
La caractérisation fera appel au MEB pour l'analyse des profils de gravure, à l‘XPS pour la composition de surface et à la TEM-EDX pour l'évaluation de la qualité des flancs. L'évaluation des dommages sera réalisée par la mesure de la décroissance de photoluminescence dans le proche infrarouge pour déterminer la durée de vie des porteurs minoritaires et identifier les centres de recombinaison. Le travail vise à développer des procédés de gravure HAR optimisés (rapports d'aspect >10, dimensions critiques <1 µm) pour les matériaux III-V à base d'In, à étudier les techniques de plasma pulsé pour réduire les dommages induits par la gravure, et à approfondir la compréhension des mécanismes de formation des défauts pour guider l'optimisation des procédés à l'échelle industrielle.