Etude des modifications induites dans les semiconducteurs AlxGa1-xN par irradiation aux ions lourds de haute énergie

par Florent Moisy

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Isabelle Monnet.


  • Résumé

    Les semiconducteurs III-N sont des matériaux intéressants pour des applications optoélectroniques. Que ce soit lors de leur élaboration (modification des propriétés par implantation ionique) ou lors de leur potentielle utilisation en environnements extrêmes (par exemple l’espace), ils peuvent être confrontés à l’action des ions lourds dans une large gamme d’énergie. Ce travail de thèse s’est concentré sur l’étude des modifications induites dans les alliages AlxGa1-xN par l’irradiation aux ions lourds du GANIL. Dans le GaN, la formation de lacunes de Ga a été mise en évidence, ces dernières provenant d’un processus impliquant les collisions élastiques seules. En revanche, la formation de traces désordonnées sur le trajet des ions impliquant des pouvoirs d’arrêt électroniques élevés (Se) a été observée. Ces traces d’ions engendrent des variations importantes de la rugosité de surface, mais également une fermeture du gap optique, l’apparition de déformations en extension dans la direction parallèle au faisceau d’ions ainsi que de contraintes de compression dans le plan de base de plusieurs GPa. En ce qui concerne les alliages AlxGa1-xN avec x allant de 0,3 à 1, les défauts ponctuels créés sont de nature plus complexe et une synergie entre les excitations électroniques et les collisions élastiques est responsable de leur formation. En revanche, l’augmentation de la fraction molaire d’Al (x) tend à augmenter la résistance à la formation de traces d’ions.

  • Titre traduit

    Study of the modifications induced in AlxGa1-xN semiconductors under swift heavy ion irradiation


  • Résumé

    Nitride semiconductors are attractive materials for optoelectronic applications. They can be subjected to heavy ions in a wide range of energy during their elaboration (improvement of their properties by ionic implantation) or during their potential use in extreme environments (outer space). This thesis focuses on the study of AlxGa1-xN alloys under heavy ion irradiation from GANIL. In GaN, the formation of Ga vacancies has been highlighted, these latter coming from elastic collisions between atoms in the material and the projectiles. On the other hand, it is possible to observe the formation of disordered ion tracks for projectiles with high electronic stopping power (Se). These tracks induce strong surface modifications, a closing of the optical bandgap, but also an extension strain along the direction parallel to the ion direction and biaxial stresses of some GPa. Concerning AlxGa1-xN alloys with x from 0. 3 to 1, the points defects are more complex, and a synergy between electronic excitations and nuclear collisions is responsible of their formation. Nevertheless, the increase of the Al molar fraction (x), tends to improve the resistance to ion tracks formation in these materials.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (X-214 f.)
  • Annexes : Bibliogr. 134 ref. Index

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