Synthèse de nanostructures métalliques sous faisceau d'ions

par Thi My Anh Nguyen

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Marie-Odile Ruault et de Franck Fortuna.

Soutenue en 2009

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Résumé

    Ce travail présente une approche originale de la synthèse par implantation ionique de nanostructures enterrées. Cette synthèse hors équilibre thermodynamique comprend deux étapes, la première consiste à maîtriser la formation de nanocavités dans la matrice semi-conductrice, la seconde à utiliser les surfaces libres ainsi générés pour favoriser la croissance de siliciure en piégeant les défauts ponctuels (lacunes interstitiels) liés à l’implantation ou encore les éléments implantés. La maitrise de la première étape implique le contrôle de la distribution en taille, de la densité et de la localisation des nanocavités. Cette thèse présente, à travers la variation des paramètres expérimentaux tels que l’énergie d’implantation, la température ou encore le temps de recuit, une étude détaillée de la formation des nanocavités. Les mécanismes de germination croissance impliqués ont été étudiés et sont présentés. Un résultat remarquable de cette première étape est la mise en évidence d’un processus de croissance faisant intervenir deux contributions pondérées dans le temps. Dans les tous premiers instants du recuit un processus de migration coalescence de nanobulles et complexes lacunes-hélium prédomine conduisant à la formation des cavités. Puis, associé à l’exodiffusion d’hélium un mécanisme de murissement d’Oswald apparaît progressivement entr¬e les nanocavités et les cavités. La deuxième étape a été abordée dans le cas du cobalt et du nickel. Nous avons notamment mis en évidence que la présence des nanocavités conduit à une croissance épitaxiale de nano précipités de CoSi2 lors de l’implantation de Co à 650°C, alors que la synthèse classique de précipités de CoSi2 cohérents avec la matrice de Si nécessite un recuit à 1000°C. Nous faisons le lien entre ce résultat et les modèles de germination croissance de ce type de siliciure métallique, et proposons une explication liée au piégeage des lacunes par les nanocavités. À coté des techniques d’implantation et de caractérisation par faisceau d’ions, utilisées lors de la synthèse des échantillons, la technique d’investigation principale sur laquelle repose ce travail est la Microscopie Electronique à Transmission conventionnelle (MET). Les observations en champ clair, ont permis d’identifier et de quantifier la formation des nanocavités alors qu’à partir des observations en champ sombre, j’ai pu déterminer la nature des précipités (interface de croissance cohérente ou semi-cohérente avec la matrice).

  • Titre traduit

    Metallic nanostructure synthesis under ion beam


  • Résumé

    This work presents an original approach of the synthesis by ion implantation of buried nanostructures. This non-equilibrium thermodynamics synthesis includes two steps : the first is to control the formation of nanocavities in the semiconductor matrix, the second is to use the created free surfaces in order to favor the growth of silicide by trapping the point defects (vacancies, interstitials) associated to implantation or the implanted elements. The management of the first stage involves the control of the size distribution, density and location of nanocavities. This thesis presents a detailed study of the formation of nanocavities, through the variation of experimental parameters such as the implantation energy and temperature or the annealing time. The nucleation-growth mechanisms involved have been studied. A noticeable result of this first step get the point about the balance time dependence of the 2 mechanisms involved in the growth process of (nano)cavities. At the very beginning of the annealing the main mechanism occurring is a migration-coalescence including nanobulles and vacancy-helium complexes leading to the cavities formation. Then, related to the helium exodiffusion, an Ostwald ripening mechanim, progressively appeared between the nanocavities and cavities. The second step approach was made in the case of cobalt and nickel. In particular, we have shown that the nanocavities allow the epitaxial growth of CoSi2 nanoprecipitates during Co implantation at 650 ° C, while the classical synthesis of CoS2 precipitates coherent with the matrix of Si requires annealing at 1000 ° C. We discuss this result in the light of the nucleation-growth model associated with those disilicide metals, and propose an explanation related to the trapping of vacancies by nanocavities. Besides the technical implantation and characterization of ion beam, used in the sample synthesis, the main investigative technique used in this work is the conventional Transmission Electron Microscopy (TEM). The observations under bright field allowed to identify and quantify nanocavities formation while, from dark field observations, I was able to determine the nature of precipitates (coherent or semi-coherent interface growth with the matrix).

Autre version

Cette thèse a donné lieu à une publication en 2010 par [CCSD] [diffusion/distribution] à Villeurbanne

Synthèse de nanostructures métalliques sous faisceau d'ions

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Informations

  • Détails : 1 vol. (188 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 179-188

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2009)138
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