Nanostructures formées par depôt d'agrégats : croissance, morphologie et stabilité

par Jérôme Le Roux

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Philippe Cahuzac.

Soutenue en 2002

à Paris 11, Orsay .


  • Résumé

    Ce travail de thèse étudie les modes de nucléation, de croissance et de relaxation d'îlots de taille nanométrique formés sur des surfaces de graphite par déposition à faible énergie d'agrégats neutres d'antimoine et d'argent, fabriqués avec une source à condensation gazeuse. La taille des agrégats incidents constitue le principal paramètre de contrôle. Les différentes morphologies sont observées en microscopie électronique. Les tétramères nucléent sur les défauts du graphite. Plus la taille des agrégats augmente, plus le coefficient de diffusion diminue et plus ils sont sensibles aux défauts du substrat, la densité d'îlots augmente. Leur forme de croissance, de compacte, devient dendritique. Pour les très gros agrégats, le coefficient de diffusion est si faible qu'ils nucléent par collision avant de rencontrer un défaut. La densité d'îlots varie alors avec le flux. En irradiant la surface avec des ions avant le dépôt, il est possible d'augmenter le nombre de défauts ainsi que la densité d'îlots. En déposant successivement deux tailles d'agrégats différentes sur la même surface, il se forme des îlots de morphologie complexe, polymorphes. Ils mettent en évidence la différence de sensibilité des agrégats aux défauts en fonction de leur taille et l'apparition d'un phénomène de cristallisation du second dépôt, induit par la présence du premier. Par chauffage du substrat, il est possible d'activer la relaxation de la forme hors d'équilibre des objets constitués d'agrégats d'antimoine. Cela fait apparaître une contraction de la matière vers le centre de l'îlot ainsi que la fragmentation des ramifications, principalement du fait de l'activation de la diffusion de surface des atomes. Pour les îlots constitués d'agrégats d'argent, la relaxation apparaît à température ambiante. Les agrégats d'argent pur donnent des îlots dendritiques. Lorsque les agrégats contiennent des impuretés, les îlots sont fragmentés, du fait de l'augmentation de la diffusion qui accélère la relaxation.


  • Résumé

    The aim of this work is to study the nucleation, the growth, and the relaxation processes of nanometer size islands grown on graphite surfaces, by deposition at a low kinetic energy of neutral antimony or neutral silver clusters. The clusters are formed in a gas aggregation source. The incident clusters size is the main control parameter. The different island morphologies are observed by electron microscopy. The antimony tetramers nucleate on graphite defects. The more the size growths, the more the diffusion coefficient lowers and the more the clusters are sensitive to the defects. The island density increases. The growth shape, from compact, becomes dendritic. For large clusters, the diffusion coefficient is so small that they nucleate by colliding each other before meeting a defect. Then the island density varies with the flux. By irradiating the surface with ions before deposition, it is possible to increase the number of defects and then to control the island density. By depositing successively two different sizes of clusters on the same surface, islands with complex morphologies (polymorphic) are formed. They show that the sensitivity of defects depends on the clusters size. When large then small clusters are deposited, compact shapes due to small clusters may undergo a crystallization phenomenon. Heating the substrate makes possible the study of the shape relaxation of the out of equilibrium islands. In the case of antimony, the contraction of the matter towards the centre of the island and the fragmentation of the ramifications are mainly due to the activation of the surface diffusion of the atoms. For the islands formed with silver, the relaxation process is activated at room temperature. The pure silver clusters form dendritic islands. The clusters containing impurities lead to fragmented islands due to the increase of the diffusion of the surface atoms which enhances the relaxation.

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Informations

  • Détails : 185 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.179-182

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  • Cote : M/Wg ORSA(2002)25

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