– DIAMOOND

1- contexte scientifique et objectifs du projet - Le projet proposé vise à synthétiser des monocristaux de diamant épais (de 100 µm à 1 mm d'épaisseur) de très haute pureté et possédant des propriétés compatibles avec des applications en électronique de puissance tels que des interrupteurs susceptibles de travailler sous des tensions de 10 à 20 kV, performances inaccessibles actuellement avec des dispositifs en silicium. Il nécessite de mener des études très approfondies, à la fois scientifiques et technologiques, sur la production de plasmas extrêmement énergétiques et de composition parfaitement contrôlée, sur la croissance cristalline du diamant et sa caractérisation, et enfin sur la conception et la réalisation des interrupteurs, ce dernier point demandant en particulier d'obtenir des contacts ohmiques indispensables pour autoriser le passage de fortes densités de courant. La complémentarité des équipes impliquées permettra la constitution d'un pôle de compétence de niveau international dans ce nouveau domaine du diamant pour l'électronique de puissance. Compte tenu des applications potentielles des interrupteurs forte puissance dans le domaine des transports, un cinquième laboratoire sera associé aux quatre laboratoires principaux pour la troisième année en raison de ses capacités de caractérisation en conditions d'usage. - - 2- description du projet, méthodologie - Aspect plasma (LIMHP) : Pour obtenir des monocristaux de très haute pureté, à vitesse de croissance élevée (compte tenu de l'épaisseur requise), il s'agit de créer un plasma très énergétique et hautement dissocié afin de produire des flux extrêmement importants et homogènes d'atomes d'hydrogène et de radicaux méthyle à la surface d'un cristal de diamant en croissance. Les plasmas microondes créés en cavité résonante sont bien adaptés pour coupler de fortes énergies électromagnétiques mais la difficulté réside dans la définition de la cavité pour l'obtention d'un plasma homogène. Nous visons aujourd'hui le couplage d'une puissance allant jusqu'à 200 W.cm-3 de manière homogène sur une surface dépassant un pouce et de manière stable et durable (de l'ordre de la semaine) pour faire croître un cristal de diamant d'un cm2. Nous développerons un couplage étroit entre études expérimentales et modélisation, nous chercherons à déterminer les moyens de contrôler la stabilité et l'homogénéité des décharges et d'ajuster les propriétés des plasmas créés en travaillant sur des géométries de cavités micro-ondes et sur les conditions de fonctionnement des décharges. D'un point de vue fondamental, ces décharges micro-ondes homogènes spatialement et fortement énergétiques ont été relativement peu étudiées par la communauté internationale plasma. Le LIMHP joue un rôle prépondérant dans ce domaine. - Aspect croissance - Il s'agit d'étudier la croissance cristalline de monocristaux de diamant de très haute qualité cristalline de 1 cm2 à des vitesses de l'ordre de 10 à 20 µm/h. Nous mettrons en ?uvre des moyens de modélisation et expérimentaux. Les deux points critiques sont d'une part la croissance d'une première couche présentant le moins de dislocations possibles et d'autre part le développement de cristaux ne présentant aucune face sujette à une croissance de qualité médiocre. En surface, une mince couche de diamant dopée au bore sera élaborée afin d'assurer une bonne conductivité électrique en surface et de faciliter l'obtention d'un contact ohmique. - Trois volets seront abordés : (i) compréhension et contrôle des premières couches de diamant sur des substrats pré-traités (LIMHP, LEPES); (ii) croissance d'une couche épaisse de très grande qualité (LIMHP) ; (iii) reprise d'épitaxie et croissance d'une couche dopée au bore de quelques micromètres d'épaisseur (LEPES). - Aspect dispositif (LEEI, LAAS, LTN) - L'originalité consiste à étudier des solutions sur la base des seuls éléments disponibles : le diamant intrinsèque et le diamant dopé au Bore de type P. En l'état act