Damage accumulation and recovery in Xe implanted 4H-SiC

par Chennan Jiang

Thèse de doctorat en Milieux denses, matériaux et composants

Sous la direction de Jean-François Barbot et de Marie-France Beaufort.

Le président du jury était Alexandre Boulle.

Le jury était composé de Jean-François Barbot, Marie-France Beaufort, Erwan Oliviero.

Les rapporteurs étaient Nathalie Moncoffre, Chonghong Zhang.

  • Titre traduit

    Accumulation et évolution des dégâts dans du 4H-SiC implanté avec des ions xénon


  • Résumé

    Le carbure de silicium (SiC) est un matériau qui est considéré comme un semi-conducteur à large bande interdite ou une céramique suivant ses applications en microélectronique ou comme matériau nucléaire. Dans ces deux domaines d'application les défauts générés par l'implantation/irradiation d'ions (dopage, matériau de structure) doivent être contrôlés. Ce travail est une étude des défauts générés par l'implantation de gaz rares suivant les conditions d'implantation (fluence et température). La déformation élastique a plus particulièrement été étudiée dans le cas d'implantation de xénon à des températures pour lesquelles la recombinaison dynamique empêche la transition amorphe. Un modèle phénoménologique basé sur le recouvrement des cascades a été proposé pour comprendre l'évolution de la déformation maximale avec la dose. Des observations complémentaires en particulier par microscopie électronique à transition nous ont permis de préciser la nature des défauts créés et d'étudier leur évolution sous recuit. La formation de cavités a été observée pour des conditions sévères d'implantation/recuit ; ces cavités sont de nature différente (vide ou pleine) suivant la répartition du xénon. Cette étude est également reliée aux propriétés de gonflement sous irradiation, gonflement qui doit être anticipé dans les domaines d'application du SiC.


  • Résumé

    Silicon carbide is a material that can be considered as a wide band gap semiconductor or as a ceramic according to its applications in microelectronics and in nuclear energy system (fission and fusion). In both fields of application defects or damage induced by ion implantation/ irradiation (doping, material structure) should be controlled. This work is a study of defects induced by noble gas implantation according to the implantation conditions (fluence and temperature). The elastic strain buildup, particularly in the case of xenon implantation, has been studied at elevated temperatures for which the dynamic recombination prevents the amorphization transition. A phenomenological model based on cascade recovery has been proposed to understand the strain evolution with increasing dose and for different noble gases. In addition, with the help of transmission electron microscopy the evolution of defects under subsequent annealing was studied. The formation of nanocavities was observed under severe implantation/annealing conditions. These cavities are of different nature (full of gas or empty) according to the xenon and damage distribution. This study is also linked to swelling properties under irradiation that should be projected in the SiC application fields.


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