Damage induced by helium implantation in silicon carbide

par Stéphanie Leclerc

Thèse de doctorat en Milieux denses, matériaux et composants

Sous la direction de Jean-François Barbot et de Alain Declémy.

  • Titre traduit

    Endommagement induit par implantation d'hélium dans le carbure de silicium


  • Résumé

    L’endommagement induit par implantation d’hélium dans le carbure de silicium a été étudié par DRX et TEM. La simulation des spectres DRX a permis de tracer les profils de déformation. Les implantations ont été réalisées à températures ambiante (TA) et élevées sur une large gamme de fluences. Les expériences menées à TA ont montré que l’endommagement résulte de mécanismes liés à la fois aux défauts ponctuels et à des complexes hélium-lacunes. Des seuils ont été estimés pour la formation de couches de bulles et de matériau amorphe. Contrairement à ce qui est admis, la densité d’énergie nucléaire critique pour observer la transition amorphe dépend de l’énergie des ions incidents. Pour des températures d’implantation élevées, deux régimes d’endommagement sont distingués selon la fluence. Aux faibles fluences, un recuit dynamique proportionnel à la concentration en défauts est observé. Aux fortes fluences, une migration des défauts de type interstitiel vers la zone de fort endommagement a été mise en évidence. Celle-ci conduit à une saturation de la déformation en surface du matériau. Enfin, des recuits ont été réalisés sur les échantillons implantés à TA. Différents stades de recuit des défauts ponctuels ont été mis en évidence et associés à des énergies d’activation. Pendant le recuit, une forte évolution de la microstructure a été constatée dans la zone de fort endommagement. Pour des fluences évitant l’amorphisation, des amas de bulles en surpression se forment à partir de cavités lenticulaires. Ces bulles expulsent des boucles de dislocations créant de la déformation plastique dans le matériau.


  • Résumé

    In this work, the damage induced by helium implantation in silicon carbide has been studied through XRD and TEM experiments. Combining both XRD experiments and simulations has led us to obtain accurate strain profiles. Implantations have been performed from RT to elevated temperatures to a wide range of fluences. Implantation at RT has been shown to result in a complex picture with mechanisms related to both point defects and helium-vacancy complexes. In particular, helium-vacancy complexes have been seen to strongly influence the strain profile for a concentration of helium exceeding 0. 5%. Thresholds for the formation of layers of bubbles and amorphous material have been estimated. This latter depends on the energy of incident ions contrary to what is currently acknowledged. Experiments at elevated temperatures have pointed out two regimes in the damage production as a function of fluence. In the low fluence regime, dynamic annealing occurs in proportion to the defect density over the whole implanted zone. In the high fluence regime, in addition to the dynamic annealing, a migration of interstitial-type defects towards a highly damaged zone has been detected. Both phenomenon lead to a saturation in the near surface strain. Finally, annealing has been performed on the samples implanted at RT. Annealing stages of point defects have been distinguished and related to activation energies. During annealing, strong evolution of the microstructure has been seen to take place in the highly damaged zone. At medium fluences, platelets are formed that collapse into clusters of overpressurized bubbles. These latter induce loop punching which in turn, induces plastic deformation.

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  • Détails : 1 vol. (137 p.)
  • Annexes : Bibliogr. [122] réf.

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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 07/POIT/2293
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