Academic literature on the topic 'Impuretés interstitielles'

Ce travail porte sur l'étude de la migration des impuretés dans le quartz. Celles-ci sont responsables de la dégradation des performances des résonateurs au cours du temps. Quelques rappels généraux sont donnés sur la cristallographie, les propriétés et la technique de croissance du quartz. Les défauts, notamment les impuretés interstitielles, sont inventoriés. Lors de l'étude théorique microscopique est exprimée l'énergie potentielle d'interaction d'un ion interstitiel et des autres ions environnants. Il existe une technique industrielle de purification, appelée sweeping. Grâce à la méthode T. S. D. (thermally stimulated depolarization), très sensible et dont le principe est proche de celui du sweeping, des mesures de courants thermoïoniques ont été réalisées sur divers cristaux de quartz. Chaque maximum de courant observé correspond à une famille d'impuretés dans un site donné. Nous avons caractérisé des cristaux de quartz avant et après traitement de purification. Les influences de la qualité du cristal et de la coupe (orientation) sont également mises en évidence. Les différents paramètres (durée d'application de la tension électrique, amplitude de cette tension et température à laquelle elle est appliquée) intervenant lors de l'expérience sont étudies. Les énergies d'activation caractérisant les impuretés ioniques responsables de pics de courant sont déterminées. Enfin, une étude d'échantillons dopés avec une impureté donnée est réalisée ce qui permet d'identifier la nature des impuretés responsables de certains pics de courant

Qu'il s'agisse de poudres, de monocristaux, ou de polycristaux, les matériaux céramiques sont généralement le siège de gradients de potentiel chimique lors de leur élaboration et de leur utilisation. Dans certaines conditions, il en résulte un phénomène de ségrégation des éléments d'addition ou des impuretés en surface. La composition de surface n'est alors plus représentative de la composition globale du matériau et la réactivité d'une poudre ou d'une surface s'en trouve fortement modifiée. Dans ce travail, nous nous intéressons aux changements de composition entre la surface et le coeur d'un matériau, au dopage de poudres et de monocristaux d'alumine, sachant que leurs propriétés dépendent fortement de la teneur des dopants et des impuretés. Ce travail comprend une partie théorique, ou sont développés différents calculs numériques, permettant de prévoir la répartition des constituants d'une solution solide d'oxydes (telle que (CO,mg)o) soumise à des gradients de potentiel thermodynamique généralisé, d'origines diverses. Ces résultats sont comparés aux résultats expérimentaux de la littérature, ou à des expériences originales réalisées au laboratoire. Cette étude comprend également une partie expérimentale consacrée a la quantification des phénomènes de ségrégation se produisant lors de l'élaboration de monocristaux et de poudres (MEB, MET, XPS quantitatif, EPMA, SIM, RAMAN) d'alumine dopée (Mg,Fe,Ti,V), sous l'effet de variations de température et de pression partielle d'oxygène. Les premiers résultats concernant le contrôle de la répartition des dopants (responsables de la coloration ou des propriétés mécaniques) dans les monocristaux d'alumine fabriques industriellement sont très satisfaisants. Par ailleurs, le contrôle des phénomènes de ségrégation au voisinage des surfaces permet d'espérer une amélioration des propriétés d'usage, telles que la réactivité des poudres et leur aptitude au frittage, la réactivité des céramiques, leur mouillante et leur aptitude à former des liaisons céramique/métal ou céramique/céramique. Sur le plan fondamental, cette étude nous a permis d'aborder le problème très complexe des phénomènes de ségrégation d'équilibre au voisinage des surfaces et interfaces dans les céramiques (phénomènes intervenant à haute température), et d'attirer l'attention sur les difficultés d'analyse expérimentale de ces phénomènes (à température ambiante), par suite des phénomènes de redistribution des espèces intervenant lors du refroidissement. Par ailleurs, dans le cas de matériaux tels que l'alumine, nous avons soulevé, d'une part le problème d'obtention de matériaux homogènes et d'autre part, les risques de phénomènes de redistribution des cations solutés au voisinage des surfaces, lors de traitements thermiques effectués, pour l'obtention de grandeurs physiques (coefficients de diffusion, conductivités. . . ).

Les mécanismes de piégeage de quelques métaux de transition par des cavités créées par implantation hélium ont été étudiés. Dans la zone de projection, les dislocations et les fautes d'empilement, générées par cette implantation, peuvent aussi contribuer au phénomène de piégeage, mais ce travail a été principalement dédié aux interactions impuretés-cavités. Les éléments hybrides (Au, Pt) se piègent par chimisorption alors que les éléments interstitiels (Ag, Ni, Cu) peuvent également précipiter dans la zone de défauts. Lors de la chimisorption, les atomes sont préférentiellement adsorbés sur les faces vicinales d'une cavité. Les variations de l'énergie de surface de ces faces vicinales, induites par l'adsorption des impuretés, entraînent des changements de la morphologie des cavités. Par ailleurs, nous avons montré que la saturation de la totalité des sites pièges n'est pas une condition préalable à la croissance d'une phase 3D, une saturation locale des faces vicinales est suffisante pour que ce phénomène se produise. Quant à la précipitation, le nickel et le cuivre forment des siliciures respectivement NiSi2 et -Cu3Si, qui sont les phases les plus stables à haute température. L'argent précipite facilement dans la zone de défaut, aussi bien sur les dislocations qu'à l'intérieur des cavités, mais c'est ce deuxième type de piégeage qui est le plus stable à haute température. Contrairement aux autres éléments (Ni, Cu), l'argent précipite sans formation de siliciure avec deux relations d'épitaxie par rapport au silicium, tout comme le NiSi2/Si(111). Deux impuretés impliquant deux types de défauts ponctuels (lacunes et auto-interstitiels) peuvent précipiter sur une même cavité en formant deux phases distinctes. Puisque la chaîne de cavités forme une barrière efficace à la diffusion de métal, il est préférable de former les cavités avant les différentes étapes de la réalisation d'un composé<br>The trapping mechanisms of some transition metals at cavities induced by high energy helium implantation were studied. In the projected range, dislocations and stacking faults, generated by the implantation, can also contribute to the trapping phenomenon, but this work was mainly focused on interactions between impurities and cavities. The hybrid elements (Au, Pt) are trapped by chemisorption on the cavity walls while interstitial elements (Ag, Au, Cu) can also precipitate in the defect area. During chemisorption, metallic impurity atoms are preferentially adsorbed on vicinal faces of cavities. The surface energy variations of these vicinal faces, due to impurity adsorption, lead to changes in the cavity shape. Moreover, we found that complete covering of the gettering centers is not necessary for a 3-dimensional phase to be formed, a local complete covering is enough to get this phenomenon. Nickel and copper precipitate forming silicide respectively NiSi2 and -Cu3Si, which are the most stable phases at high temperature. Silver precipitates easily in the defect area, both on the dislocations and inside cavities, but it is this latter type of trapping which is the most stable at high temperature. Contrary to the other elements (Au, Cu), silver precipitates without forming silicide and growths with two epitaxial relationships with regard to the silicon, quite as the NiSi2/Si(111). Two impurities involving two types of point defects (vacancies and self-interstitials) can precipitate on the same cavity in two different phases. Since the chain of cavities forms an effective barrier for metal diffusion, it is worth to form cavities before the various stages of a device manufacturing

Les surfaces cristallines jouent un rôle essentiel dans grand nombre d'applications des nanotechnologies, une surface étant souvent un support nécessaire pour des nano-objets. La surface-support peut être à son tour nanostructurée, et intervenir ainsi directement dans les propriétés du matériau réalisé. Ainsi, parmi les défis à relever pour maîtriser la morphologie de la surface et donc contrôler les nanostructures, il y a la compréhension des mécanismes moteurs à l'origine des instabilités de surface. Ce travail de thèse constitue une étude théorique accompagnée par des simulations Monte-Carlo de la dynamique des instabilités de croissance. C'est une contribution à la compréhension des mécanismes microscopiques gourvernant ces instabilités. Deux démarches ont été suivies dans cette étude : la première est une étude statistique qui consiste à analyser la morphologie de la surface instable, puis de proposer des modèles numériques (barrière Ehrlich-Schwoebel, impuretés) et des équations analytiques capables de décrire ces instabilités et remonter enfin aux mécanismes atomistiques sous-jacents. La deuxième, est une étude de la dynamique des marches qui a pour but de prévoir puis de déterminer les mécanismes atomistiques exacts gourvernants le mouvement de ces marches et les échanges de matière entre elles à l'aide de mesures de la distribution de largeur des terrasses (TWD). Les résultats de ce travail ont abouti à la mise en évidence de nouveaux mécanismes de nanostructuration spontanée [impuretés], ainsi que sur le développement et la validation numérique de nouveaux outils mathématiques [approche de Fokker-Planck] pour décrire les fluctuations des séparations entre les marches (TWDs) sur les surfaces loin de l'équilibre

La miniaturisation constante des composants électroniques à base de semi-conducteurs III-V impose de tenir compte de l'influence d'éléments actifs (impuretés, défauts et nano-structures) de manière individuelle. Depuis sa création par Binnig et Rohrer en 1981, le microscope à effet tunnel (STM) s'est avéré être un outil capable de caractériser de tels, éléments à l'échelle atomique. Ce travail concerne l'étude à l'aide d'un microscope à effet tunnel des propriétés électroniques et morphologiques d'impuretés, de défauts ponctuels et de boîtes quàntiques dans du GaAs. Tout d'abord, après une description détaillée des méthodes de préparation des sondes STM et des échantillons III-V, la sensibilité de la technique est illustrée avec l'influence des états de surface sur les images STM à la résolution atomique d'une surface (011) de GaAs sans défaut. Nous nous sommes ensuite particulièrement intéressés au cas des surfaces dopées type p, Nos résultats spectroscopiquesà basse température ont prouvé l'influence de la symétrie cubique du GaAs sur la symétrie des fonctions d'onde associées aux premiers états excités des accepteurs pris individuellement. Nous avons alors appliqué ces mesures spectroscopiques (à 300 K) au cas d'un semi-conducteur magnétique dilué (DMS) qui contient à la fois des accepteurs et des défauts ponctuels : le GaMnAs. Une étude spectroscopique du GaMnAs pour différentes concentrations d'ions Mn a mis en évidence la présence d'atomes Mn interstitiels compensant les porteurs de charge et ayant un rôle limitant sur les propriétés électroniques et magnétiques de ce DMS. Enfin, nous avons étudié les propriétés électroniques de boîtes quantiques d'lnAs dans une matrice de GaAs. En faisant varier les conditions de croissance, des paires contenant des boîtes quantiques de tailles semblables ont pu être réalisées. Des études spectroscopiques montrent toutefois une absence de couplage électronique au sein des paires de boîtes.

Calcul de plusieurs propriétés caractéristiques (enthalpies et volumes de formation et de migration, tenseurs de polarisation, effet sur les constantes élastiques de cisaillement) de plusieurs défauts ponctuels (lacunes, bilacune, interstitiel, di-interstitiel) dans différents métaux de structure c. F. C. (Al, Cu, Ag, Au) h. C. (Be, Mg, Zn, Cd, Na, Co, Ti, Zr) ou c. C. (Li, Na, K, Rb, Cs). Les propriétés étudiées ont été évaluées à partir de calculs statiques en utilisant des potentiels de paires dérivés de la théorie des pseudo-potentiels (pour les métaux simples ou nobles) ou déduits empiriquement. Les résultats sont confrontés aux données expérimentales disponibles et aux travaux théoriques antérieurs. La première partie de ce travail où nous étudions les défauts dans les métaux c. F. C. Nous conduit à proposer une interprétation plus convaincante des mesures de diffusion de rayons X et de relaxation élastique pour l'interstitiel dans Al et Cu et une nouvelle interprétation pour les mesures de diffusion de rayons X relative au di-interstitiel dans Al. Dans la seconde partie, consacrée aux métaux h. C. , nous proposons pour chaque métal étudié la ou les configurations de l'interstitiel qui permettent de rendre compte au mieux des résultats expérimentaux. La troisième partie où nous avons étudié les défauts dans les métaux alcalins c. C. Nous conduit à interpréter l'autodiffusion dans ces métaux comme résultant d'une contribution simultanée des monolacunes, des bilacunes et des interstitiels

Dans les réacteurs à eau pressurisée, les tuyaux des circuits secondaires sont soumis à de fortes pressions et des températures élevées (70 bars, 600 K). Ils sont constitués d'aciers Fe-Mn-C qui sont donc soumis au vieillissement statique, i.e. la formation d’atmosphères de Cottrell qui décorent les dislocations. Les dislocations sont des défauts linéaires dans une matrice, et le mouvement de ces dislocations est responsable de la plasticité dans les matériaux. Les dislocations agissent de plus comme des puits pour les hétéro-interstitiels : il est donc possible d'observer la formation d'atmosphère de Cottrell, ce qui impacte les propriétés macroscopiques de ces aciers en ayant un effet d'ancrage sur les dislocations. En revanche, les boucles de dislocation d'auto interstitiels sont des défauts bien plus mobiles que les dislocations dans le fer bcc. A cause de la haute énergie de formation d'un atome auto interstitiel, ces boucles sont considérées comme la signature du dommage d'irradiation. Leur très grande mobilité fait qu'elles impactent grandement la microstructure du matériau étudié en interagissant avec beaucoup d'autres défauts. Une méthode de simulation atomique est développée donc afin d'étudier la cinétique de formation des atmosphères de Cottrell: le Mixed-Lattice Kinetic Monte-Carlo (MLKMC). Le MLKMC consiste en une division spatiale de la boîte de simulation pour traiter les zones distordues avec k-ART, un KMC sur réseau souple, et traiter les zones non distordues avec l'approximation du réseau rigide. Le modèle est tout d'abord testé pour retrouver le coefficient de diffusion du carbone dans le fer bcc avec succès. Il est ensuite testé sur des dislocations vis et sur des boucles de dislocations d'auto interstitiels dans le fer bcc. Pour la première fois, la formation d'une atmosphère de Cottrell est observée à l'échelle atomique, avec des temps simulés de l'ordre de l'heure à 300 K. Des mécanismes intéressants sont également observés et expliqués, comme l'impact de la dislocation sur la migration des atomes de carbones<br>In pressurized water reactors, the pipes of secondary circuits go under high pressures and temperatures (70 bars, 600 K). They are constituted of Fe-Mn-C steels which are thus subject to static ageing, i.e. the formation of Cottrell atmospheres decorating dislocations. Dislocations are linear defects in a matrix, and their movement is responsible for the plasticity in materials. Dislocations act as sinks for hetero-interstitials: as such, Cottrell atmosphere can be made, impacting the macro properties of these steels by pinning the dislocations. On the other hand, dislocation loops made of auto-interstitials are defects much more mobile than dislocations in bcc iron. Because of the high formation energy of a SIA, dislocation loops are considered signature defects of irradiation. Due to their high mobility, these loops will impact a lot the microstructure studied by interacting with numerous other defects. An atomic simulation method is developed in order to study the kinetics of the Cottrell atmosphere formation: the Mixed-Lattice Kinetic Monte Carlo (MLKMC). It consists in dividing spatially the simulation box to treat the distorted zones withk-ART, a soft-lattice KMC, and treat the not distorted zones under the rigid-lattice approximation. The model is able to accurately find the C diffusion coefficient in bcc Fe. Then, it is used to on screw dislocation and SIA dislocations loops in bcc Fe. For the first time, the formation of a Cottrell atmosphere is observed at the atomic scale, with simulated times close to the hour at 300 K. Furthermore, interesting mechanisms of are observed and explained, such as the dislocation impact on the carbon atoms migration

Dans les réacteurs à eau pressurisée, les tuyaux des circuits secondaires sont soumis à de fortes pressions et des températures élevées (70 bars, 600 K). Ils sont constitués d'aciers Fe-Mn-C qui sont donc soumis au vieillissement statique, i.e. la formation d’atmosphères de Cottrell qui décorent les dislocations. Les dislocations sont des défauts linéaires dans une matrice, et le mouvement de ces dislocations est responsable de la plasticité dans les matériaux. Les dislocations agissent de plus comme des puits pour les hétéro-interstitiels : il est donc possible d'observer la formation d'atmosphère de Cottrell, ce qui impacte les propriétés macroscopiques de ces aciers en ayant un effet d'ancrage sur les dislocations. En revanche, les boucles de dislocation d'auto interstitiels sont des défauts bien plus mobiles que les dislocations dans le fer bcc. A cause de la haute énergie de formation d'un atome auto interstitiel, ces boucles sont considérées comme la signature du dommage d'irradiation. Leur très grande mobilité fait qu'elles impactent grandement la microstructure du matériau étudié en interagissant avec beaucoup d'autres défauts. Une méthode de simulation atomique est développée donc afin d'étudier la cinétique de formation des atmosphères de Cottrell: le Mixed-Lattice Kinetic Monte-Carlo (MLKMC). Le MLKMC consiste en une division spatiale de la boîte de simulation pour traiter les zones distordues avec k-ART, un KMC sur réseau souple, et traiter les zones non distordues avec l'approximation du réseau rigide. Le modèle est tout d'abord testé pour retrouver le coefficient de diffusion du carbone dans le fer bcc avec succès. Il est ensuite testé sur des dislocations vis et sur des boucles de dislocations d'auto interstitiels dans le fer bcc. Pour la première fois, la formation d'une atmosphère de Cottrell est observée à l'échelle atomique, avec des temps simulés de l'ordre de l'heure à 300 K. Des mécanismes intéressants sont également observés et expliqués, comme l'impact de la dislocation sur la migration des atomes de carbones<br>In pressurized water reactors, the pipes of secondary circuits go under high pressures and temperatures (70 bars, 600 K). They are constituted of Fe-Mn-C steels which are thus subject to static ageing, i.e. the formation of Cottrell atmospheres decorating dislocations. Dislocations are linear defects in a matrix, and their movement is responsible for the plasticity in materials. Dislocations act as sinks for hetero-interstitials: as such, Cottrell atmosphere can be made, impacting the macro properties of these steels by pinning the dislocations. On the other hand, dislocation loops made of auto-interstitials are defects much more mobile than dislocations in bcc iron. Because of the high formation energy of a SIA, dislocation loops are considered signature defects of irradiation. Due to their high mobility, these loops will impact a lot the microstructure studied by interacting with numerous other defects. An atomic simulation method is developed in order to study the kinetics of the Cottrell atmosphere formation: the Mixed-Lattice Kinetic Monte Carlo (MLKMC). It consists in dividing spatially the simulation box to treat the distorted zones withk-ART, a soft-lattice KMC, and treat the not distorted zones under the rigid-lattice approximation. The model is able to accurately find the C diffusion coefficient in bcc Fe. Then, it is used to on screw dislocation and SIA dislocations loops in bcc Fe. For the first time, the formation of a Cottrell atmosphere is observed at the atomic scale, with simulated times close to the hour at 300 K. Furthermore, interesting mechanisms of are observed and explained, such as the dislocation impact on the carbon atoms migration

Cette thèse concerne l'étude des défauts produits par irra¬diation électronique dans InP. Nous montrons que les défauts stables à 300 K sont produits dans InP de type p en concentration proche de la valeur maximale théorique, mais en concentration beaucoup plus faible dans InP de type n, et que l'essentiel des centres profonds créés par l'irra¬diation sont dûs à des collisions sur le sous-réseau phosphore. Par ailleurs de l'étude des réactions subies par ces défauts en dessous et au-dessus de la température ambiante, et avec ou sans stimu-lation électronique par recombinaison électron-trou, nous avons pu déduire qu'elles impliquent essentiellement toutes la mobilité de la même entité phosphore, la lacune ou l'interstitiel. Enfin nous montrons que l'action d'un champ électrique externe sur des réactions de défauts permet d'obtenir des informations nouvelles sur celles-ci. En particulier pour le piège dominant dans InP (p), les résultats expérimentaux se comprennent par l'existence d'un effet Jahn-Teller dynamique, l'orientation électronique partielle ou totale du défaut induite par le champ influençant alors l'énergie d'activation de la réac-tion.

Du fait de la miniaturisation des composants semi-conducteurs, il est devenu de plus en plus important de réduire les niveaux de contamination. Les salles blanches sont indispensables pour assurer un environnement adéquat pour l'élaboration des composants microélectroniques. Toutefois, jusqu'à présent aucune technologie ne permet le contrôle de la contamination organique volatile, et même dans tels environnements contrôlés, la contamination des surfaces de wafers a souvent lieu. Une nouvelle approche expérimentale a été développée dans notre laboratoire afin de suivre les processus d'adsorption et de désorption des contaminants organiques volatils et semi-volatils à la surface des wafers. Ce dispositif est constitué de trois composants principaux : un générateur des composés en phase gaz, un tube à écoulement et le spectromètre de masse par transfert de proton comme outil analytique de mesure de la composition de la phase gazeuse. Les comportements d'adsorption de cinq composés organiques volatils parmi les plus abondants dans les environnements des salles blanches (l'isopropanol, l'acétone, le xylène, l'acétate d'éthyle et le propylène glycol méthyl éther acétate) et trois semi-volatils (diéthylphtalate, tri-(2-chloroéthyl)-phosphate et le tri- (2-cloropropyl)-phosphate) ont été étudiés. Les paramètres cinétiques des processus d'adsorption ont été déterminés. Les corrélations entre leurs concentrations en phase gazeuse et leurs densités à la surface des wafers ont été établies. En comparant les comportements d'adsorption de tous les composés étudiés, il a été démontré que la constante de désorption kdes est le facteur le plus influent sur les équilibres d'adsorption<br>As semiconductor devices become smaller, it is increasingly important to reduce the degree of organic contamination in the areas where such devices are produced. It has been shown that cleanrooms are indispensable to provide a suitable environment for processing semiconductor devices. However, at present time there is no technology for controlling the contamination with volatile organic compounds (VOC), and even in such an environment, the wafers are exposed to VOC. A new experimental approach has been developed in our laboratory in order to follow the adsorption and desorption processes of volatile and semi volatiles organic compounds on silicon wafer surfaces. This unique setup is based on three principal components: a stable gas-phase generator, a flow tube reactor, and a proton-transfer-reaction–mass spectrometry (PTR-MS) analytical device to monitor the VOC. The adsorption behavior of five the most abundant VOCs in the cleanroom environment (isopropanol, acetone, xylene, ethyl acetate and propylene glycol methyl ether acetate) and three semi volatile organic compounds (diethylphtalate, tri-(2-chloroethyl)-phosphate and tri-(2-cloropropyl)-phosphate) on silicon wafer surface was studied. The kinetic parameters were determined and correlations between the gas phase concentrations and the surface densities of the organic contaminants were established. By comparing the adsorption properties of the studied compounds, it has been demonstrated that time dependant changes in the surface concentration of the organic species are governed by desorption constants, kdes. Moreover, kdes was found to be dependent on the molecular weight of the studied organics