Autostructuration par interdiffusion réactive de la phase Ni3Si3 en volume et couche mince

par Delphine Borivent

Thèse de doctorat en Physique et sciences de la matière. Science des matériaux

Sous la direction de Bernard Billia.

Soutenue en 2008

à Aix-Marseille 3 .

  • Titre traduit

    Self organization of the Ni3Si3 phase by reactive interdiffusion in bulk and thin samples


  • Résumé

    Ce mémoire présente une étude de l’interdiffusion réactive dans le système nickel-silicium, qui met l’accent sur l’autostructuration de la phase Ni3Si2 en volume et en couche mince. Etant donné que les siliciures de Ni semblent être actuellement les plus prometteurs pour les applications en microélectronique pour réaliser les contacts et les interconnexions, il est en effet important de comprendre l’origine des morphologies de croissance, surtout lorsque celle-ci ne se fait pas en couche. La croissance en forme d’aiguilles de la phase Ni3Si2 dans des échantillons massifs a été caractérisée principalement par microscopie optique et microtomographie de rayons X. Nous avons démontré qu’elle est contrôlée par la diffusion du nickel dans la phase Ni3Si2 et que la morphologie des aiguilles est due à une anisotropie de la diffusion, beaucoup plus rapide suivant la direction c. L’autostructuration en anneaux concentriques de la phase Ni3Si2 en couche mince a été analysée par un couplage de techniques expérimentales. Par diffraction de rayons X in situ, en temps réel, nous avons pu mettre en évidence la formation séquentielle de plusieurs siliciures de nickel (Ni31Si12, Ni2Si, NiSi) ainsi que le scénario particulier que suit Ni3Si2. L’identification des phases par microdiffraction, diffraction X et microscopie électronique à balayage nous a amené à considérer un mécanisme de croissance de type puits-source pour Ni3Si2 dans nos expériences. Dans cette approche, la croissance des microstructures en anneaux est limitée par l’alimentation en silicium par la diffusion. Lorsque cette alimentation est insuffisante, la croissance monotone des motifs circulaires de la phase Ni3Si2, notamment caractérisés par microscopie optique, devient instable par rapport à une perturbation de vitesse. Ceci engendre une oscillation de la vitesse de propagation du front d’interdiffusion réactive, et la formation d’anneaux.


  • Résumé

    This thesis presents a study of the reactive interdiffusion in the system nickel-silicon, which stresses the self-organization of the Ni3Si2 phase in volume and thin layer. Since the Ni silicides seem to be currently most promising for the applications in micro-electronics to carry out the contacts and the interconnections, it is indeed important to understand the origin of growth morphologies, especially when this one is not done in layer. The needle like growth of the Ni3Si2 phase in massive samples was mainly characterized by optical microscopy and X-ray microtomography. We showed that it is controlled by the diffusion of nickel in the Ni3Si2 phase and that the morphology of the needles is due to significant diffusion anisotropy, much faster according to the c direction. The concentric ring like self-organization of the Ni3Si2 phase in thin layer was analyzed by a coupling of experimental techniques. By X-ray diffraction in situ, in real-time, we could highlight the sequential formation of several nickel silicides (Ni31Si12, Ni2Si, NiSi) as well as the particular scenario which Ni3Si2 follows. The identification of the phases by microdiffraction, X-ray diffraction and scanning electron microscopy led us to consider a mechanism of the well-source type growth for Ni3Si2 in our experiments. In this approach, the growth of the rings like microstructures is limited by the silicon supply by diffusion. When this supply is insufficient, the monotonous growth of the circular shapes for the Ni3Si2 phase, in particular characterized by optical microscopy, becomes unstable against small growth perturbation. This generates an oscillation of the propagation velocity of the reactive interdiffusion front, and the formation of rings.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (147 f.)
  • Annexes : Bibliogr. f. 139-142

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  • Bibliothèque : Université d'Aix-Marseille (Marseille. Saint-Jérôme). Service commun de la documentation. Bibliothèque de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 200068881
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