Les défauts permettant de modifier et/ou de générer de nouvelles propriétés physiques dans les matériaux, l”irradiation (et/ou l’implantation) permet de les introduire de façon contrôlée (concentration et nature). C’est donc un outil de maîtrise de leurs propriétés macroscopiques. En micro-électronique, l’implantation ionique s’est imposée comme un outil indispensable pour le contrôle des propriétés électriques des composants par l’introduction de dopants ou de niveaux profonds (contrôle de la durée de vie des porteurs). Les défauts peuvent également se regrouper pour former par exemple des « platelets » (défauts bidimensionnels de taille nanométrique, voir Figure 1) qui sont à l’origine du transfert de films minces (procédé Smart Cut). Mais l’implantation peut être aussi utilisée comme moyen d’étude en amont, pour fournir les bases de la prédiction du comportement des matériaux en utilisation, comme par exemple les recherches menées dans le cadre du développement des systèmes nucléaires « nouvelle génération » ou les matériaux sont soumis à des conditions de sollicitations extrêmes (fort taux d’endommagement et haute température). L’implantation est également un outil pour la synthèse de matériaux que nous utilisons pour réaliser des Semi-conducteurs Magnétiques Dilués (DMS) à base de SiC (caractérisation des effets microstructuraux liés à l’implantation des métaux de transitions activation des espèces implantées après traitement post-implantation). Les thèmes de recherche développés concernent principalement l’étude de ces défauts, leur identification et leur évolution corrélée à l’évolution de diverses propriétés macroscopiques. Ces défauts peuvent avoir d’autres origines, comme par exemple lors de la formation de germaniures nécessaires à la formation de contact Schottky pour des applications CMOS sur le germanium (technologies sub-22nm).
Fig.: (a) Image de microscopie électronique en transmission haute résolution (HRTEM) d’un « platelet » (001) introduit par implantation d’hydrogène dans du germanium. (
b) structure du platelet (001) dont 2 plans de Ge ont été enlevés et avec 2 molécules de H2 piégées.
David et al, Phys. Rev. Lett. 102, 155504 (2009)
L’étude des mécanismes de formation et d’évolution des défauts (ponctuels, platelets, nano-cavités, défauts {113}, etc.) se fait principalement à l’aide de dispositifs expérimentaux : spectroscopie capacitive, diffraction des rayons X et microscopie électronique en transmission. Des simulations (ab initio, dynamique moléculaire) sont réalisées parallèlement aux expériences pour déterminer la structure fine des défauts apportant des informations complémentaires aux observations. Par exemple, l’analyse des contrastes sur des images haute résolution couplée à des calculs atomistiques nous a permis de préciser la structure et la nature de divers types de défauts. Des simulations plus fondamentales sont également menées sur des systèmes « modèles » ou les processus élémentaires d’énergie de formation, migration et de guérison des défauts sont étudiés (modélisation du comportement du SiC sous irradiation, stabilité et mobilité des gaz rares dans les semi-conducteurs à base de silicium). Le développement de potentiels fait également partie des compétences et des objectifs du groupe.
Fiches thématiques:
“Atomic structure of irradiation defects”
[pdf-embedder url=”https://pprime.fr/wp-content/uploads/2019/09/fiche_nanobulle.pdf”]
“Defects, irradiation and induced properties”
[pdf-embedder url=”https://pprime.fr/wp-content/uploads/2019/09/fiche_axe_2__irradiation.pdf”]
“Electrical characterization of irradiation defects”
[pdf-embedder url=”https://pprime.fr/wp-content/uploads/2019/09/fiche_irradation-pptes_electriques.pdf”]