1.5.2 Création des nano-cavités
Le phénomène de création (ou
nucléation) des cavités reste compliqué à
décrire; seules des simulations [1] permettraient d'appréhender
ces mécanismes. Lors du recuit post-implantation, si la
température est suffisamment élevée, des complexes
(lacunes-particules ou ions-lacunes) créés par l'implantation,
lacunes et interstitiels en nombre égal, migrent et peuvent rencontrer
d'autres
complexes (précurseurs). Plusieurs cas sont possibles :
- Un interstitiel rencontre une lacune : la lacune et
l'interstitiel s'annihilent. Les lacunes tendent à créer des
cavités tandis que les interstitiels contribuent à leur
disparition.
- Un défaut ponctuel arrive sur un puits (surface, joint
de grains, dislocation ...) oil il s'élimine. - Des défauts du
même type peuvent se rassembler et former des petits amas.
Les amas formés par migration des complexes
lacunes-particules vont libérer les particules, qui iront occuper les
positions interstitielles dans le matériau; ainsi donc les amas seront
essentiellement constitués de lacunes pour donner naissance à une
cavité. Dans certaines conditions l'évolution de l'amas de
lacunes peut être totalement différente : l'amas grossit par
absorption de lacunes mais il conserve une forme sensiblement sphérique
ou polyédrique. On obtient une cavité, défaut stable dans
le matériau.
Pour les interstitiels la situation est plus simple, en effet
les amas d'interstitiels se transforment toujours en boucles de dislocations
(figure 1.6) qui peuvent croître en absorbant de nouveaux interstitiels.
Lorsqu'elles atteignent les limites du cristal, elles disparaissent en laissant
un plan d'atomes supplémentaires. Cependant, les complexes ions-lacunes
formeront à leur tour, des amas qui, pendant le recuit libéreront
du gaz en donnant naissance aux bulles.
FIGURE 1.6: boucle de dislocations formées dans le
matériau. [5]
D'après J. Grisolia[7], plusieurs types de cavités
sont observés après une implantation d'hydrogène, ou
d'hélium suivies d'un recuit. On observe:
- 1. Les platelets ou cavités plates orientées
suivant les plans (100)
Ces défauts plans sont observés lors de bilans
thermiques faibles (en dessous de 400°C). Ces platelets apparaissent
parallèles à la surface de la plaquette semi-conductrice et sont
situés à l'intérieur de la zone perturbée. Ces
cavités sont des défauts bidimensionnels de forme circulaire et
d'épaisseur constante.
- 2. Les cavités plates (111)
Contrairement aux cavités (100), les cavités
(111) ne sont pas situées au niveau de la zone d'arrêt des ions,
mais plutôt en fin de zone perturbée. Ces défauts ont une
épaisseur comparable mais leur taille est toujours supérieure
à celle des cavités (100) ; ils sont également
bidimensionnels; sont observées pour des bilans thermiques allant
jusqu'à 500°C.
- 3. Les cavités cylindriques
Ce type de defauts apparaît pour des bilans thermiques
intermédiaires (500 à 700°C). Il apparaît sous une
forme cylindrique d'orientation quelconque dans la zone perturbée. Son
diamètre est compris entre 2 et 4 nm et sa longueur varie en fonction de
la nature du recuit. Ces défauts sont des cavités filiformes.
FIGURE 1.7: Image en haute résolution d'une
cavité sphérique.[5]
4. Les cavités sphériques
Ces cavités sont essentiellement observées
à haute température (à partir de 700°C). Il
apparaît sous la forme d'une sphère et se situe dans la zone
perturbée. Sa taille (environ 2,5 nm) évolue avec la nature du
recuit.
Elles se situent dans la zone d'implantation des atomes
d'hélium et forment une bande qui peut
FIGURE 1.8: Exemple de cavités facettées ou non
obtenues pour une implantation à 1,55 MeV de 5.1016
He/cm-2 et un recuit de 700°C pendant une heure. [5]
s'étendre jusqu'à 1 um de large. Certaines d'entre
elles se facettent au cours de leur évolution pour minimiser leur
énergie avec le réseau[5].
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