Academic literature on the topic 'Silicium ion atomique'

Etude des effets de dopage par implantation de bore et de phosphore. Etude du role des defauts d'irradiation dans des couches implantees au silicium. Les couches implantees et non implantees sont cristallisees en phase solide par recuit thermique a basse temperature. Etude de la taille des grains, de la texture, de la morphologie de surface et de la conductivite electriques des couches en fonction de la concentration d'ions implantes

Etude par spectrometrie auger et spectrometrie de desorption thermique. Influence de la dose et de l'energie des ions, de la temperature d'irradiation, de la matiere du gaz et de la face cristalline. Les resultats suggerent une forte interaction entre le gaz et les degats. Proposition d'une etape determinante commune a la desorption et a la recristallisation

Ce travail de thèse porte sur l’étude du carbure de silicium, dopé avec du fer dans le but de réaliser un semi-conducteur magnétique dilué à température ambiante pour des applications à la spintronique. Le dopage en fer a été réalisé par implantation ionique de type multi-énergie (30 - 160 keV) à différentes fluences, conduisant à une concentration atomique constante de 2 % de 20 à 100 nm. Il a été suivi d’un recuit à haute température dans le but d’homogénéiser la concentration en dopants. Les implantations se sont déroulées à une température de 550 °C. L’optimisation des propriétés magnétiques et électroniques du SiC–Fe, de même que la compréhension des mécanismes physiques à l’origine du magnétisme induit, ont nécessité une caractérisation poussée de la microstructure des matériaux implantés. Les objectifs de ce travail ont été d’une part, de réaliser une étude à l’échelle atomique de la nanostructure en fonction des conditions d’implantations (température, fluence) et des traitements thermiques post-implantation, et d’autre part, de déterminer les propriétés magnétiques des matériaux implantés. Dans ce travail, nous avons montré par Sonde Atomique Tomographique, la présence de nanoparticules dont la taille moyenne augmente avec la température de recuit. La cartographie chimique des nanoparticules a permis de révéler l’existence de phases riches en Fe pour les échantillons recuits. L’étude magnétique (spectrométrie Mössbauer et Squid) a montré que la contribution ferromagnétique est due principalement aux nanoparticules magnétiques et/ ou aux atomes de fer magnétiques dilués dans la matrice. La corrélation entre les propriétés structurale et magnétique a permis de montrer que les atomes de fer dilués dans la matrice et substitués sur sites de silicium contribuent au signal ferromagnétique en dessous de 300 K. Nous avons donc montré dans ce travail, que la taille et la nature des phases présentes dans les nanoparticules dépendent des conditions d’implantation et des températures de recuit et qu’il est nécessaire de recuire les échantillons à haute température pour faire apparaître un ordre ferromagnétique
This PhD thesis focuses on the study of SiC, doped with Fe in order to elaborate a diluted magnetic semiconductor at room temperature for spintronic applications. The iron doping was carried out by ion implantation of multi-energy type (30-160 keV) at different fluences, leading to a 2% constant atomic concentration between 20 to 100 nm, followed by a high temperature annealing in the goal of homogenizing the dopant concentration. The implantation temperature during this process is 550 °C, in order to avoid amorphization. The optimization of the magnetic and electronic properties of SiC-Fe, as well as the understanding of the physical mechanisms at the origin of induced magnetism, require a thorough characterization of the microstructure of the implanted materials. The objectives of this work are, on the one hand, to carry out an atomic scale study of the nanostructure according to the implantation conditions (temperature, fluence) and the post-implantation annealing and the other hand, to characterize the magnetic properties of implanted materials. In this work, we have shown by atom probe tomographic, the existence of nanoparticles whose the average size increases with the annealing temperature. The chemical mapping of the nanoparticles shows the presence of the Fe-rich phases for the annealed samples. Magnetic study (Mössbauer spectrometry and Squid) shows the ferromagnetic contribution is due to the magnetic nanoparticles and/or the diluted Fe atoms in the matrix. The correlation between structural and magnetic properties allowed showing that diluted Fe atoms and substitute to Si sites contribute to the ferromagnetic contribution below 300 K. In coupling many characterization techniques in order to give a detailed description of the different studied samples, we have shown that the size and nature of the phase present in the nanoparticles depend on the implantation conditions and the annealing temperatures and consequently it is necessary to anneal our samples at high temperature to reveal ferromagnetic order

Etude de la degradation de la surface plane si(111) par implantation d'ions ar**(+) a temperature ambiante. Lorsque la dose d'ions implantes augmente, l'intensite des taches du diagramme de diffraction diminue progressivement et les marches atomiques, observees en microscopie electronique par reflexion, disparaissent. Lorsque l'energie incidente des ions ar**(+) augmente, la vitesse de degradation de la surface diminue. Apres disparition complete des marches atomiques, un recuit thermique "in situ" de quelques minutes a 575**(o)c permet de retrouver la topographie de la surface initiale. Le recuit provoque la desorption complete de l'argon implante et de retour en sites des atomes de la surface

Analyse du spectre de rayons X émis après la traversée d'une feuille de C par un faisceau d'ions de Si de 44mev. Identification des raies satellites observées à partir de résultats théoriques par la méthode de Dirac-fock multiconfigurationnelle; mise en évidence de plusieurs configurations ayant un électron m. Par analyse des spectres à partir des valeurs calculées des rapports de branchement, confirmation d'un processus de population statistique des états excités initiaux associés à une même configuration électronique. Effet de la réponse du gaz d'électrons libres de la cible sur l'énergie de la raie de résonnance.

Dans la réalisation de nouveaux composants innovants de la spintronique, de grands espoirs sont placés sur les semi-conducteurs magnétiques dilués (DMS). L’enjeu technologique est de développer des matériaux ayant à la fois des propriétés semi-conductrices et ferromagnétiques. Le but de ce travail est de réaliser une étude nanostructurale et magnétique détaillée du système Fe :SiC candidat prometteur pour devenir un semi-conducteur magnétique dilué à température ambiante. Cependant les propriétés magnétiques du matériau (6H-SiC) implanté avec des métaux de transitions (MT) dépendent fortement de sa microstructure (concentration et nature du dopant, précipitation du dopant…). Afin d’appréhender l’ensemble des propriétés nanostructurales et magnétiques, nous avons étudié le système Fe :SiC à l’échelle de l’atome en utilisant la sonde atomique tomographique (SAT) couplée à la spectrométrie Mössbauer 57Fe. Des monocristaux 6H-SiC (0001) de type p et n (~10+18/cm3) ont été multi-implantés en 56Fe et 57Fe à différentes énergies et différentes fluences conduisant à une concentration atomique de (6% et 4%) de 20 à 120 nm de la surface. Dans le cadre de ce travail, nous avons pu suivre l’effet de la nanostructure du système Fe :SiC en fonction de la concentration de fer et des températures d’implantation et de recuit. Nous avons établi de nouveaux résultats : nature et dimension des nanoparticules, évaluation précise du nombre d’atomes de fer dilué dans la matrice SiC. Les différentes contributions ferromagnétiques et paramagnétiques sont identifiées et clairement expliquées grâce au couplage de techniques expérimentales comme la SAT, la spectrométrie Mössbauer, la magnétométrie SQUID (Superconducting Quantum Interference Device). Nous avons réussi à déterminer des conditions optimales pour l’obtention d’un DMS à température ambiante. En effet dans les échantillons implantés 4% Fe à 380°C, plus de 90% des atomes de Fe sont dilués. Ces atomes de Fe dilués contribuent majoritairement aux propriétés ferromagnétiques mesurées par SQUID et par spectrométrie Mössbauer à 300 K. Ces différents résultats expérimentaux mettent en lumière la possibilité de réalisation d’un nouveau (DMS) à température ambiante
Great hopes are placed on diluted magnetic semiconductors (DMS) for new components of spintronics. The challenge is to develop materials with both semiconducting and ferromagnetic properties. The aim of this work is to carry out a detailed nanostructural and magnetic study of the Fe: SiC candidate promising system to become a magnetic semiconductor diluted at room temperature. However, the magnetic properties observed in (6H-SiC) implanted with transition metals (TM) depend strongly on the material microstructure (content and nature of the dopant, precipitation of the dopant, etc.). In order to understand all the nanostructural and magnetic mechanisms, we studied the Fe: SiC system at the atomic scale using atom probe tomography (APT) and Mössbauer spectrometry. p and n single crystalline 6H-SiC near (0001)-oriented samples were submitted to multi-step implantations with 56Fe and 57Fe ions at different energies and fluences leading to an iron concentration (Cat =6 and 4%) at a depth between 20 nm and 120 nm from the sample surface. In this work, we were able to follow the effect of the nanostructure of the Fe: SiC system as a function of the iron concentration and the temperatures of implantations and annealing. We have established new results: nature and size of the nanoparticles, precise evaluation of the number of iron atoms diluted in the SiC matrix. The ferromagnetic and paramagnetic contributions are identified and clearly explained by the coupling of experimental techniques such as APT, Mössbauer spectrometry, SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) magnetometry. We were able to put the material in optimal conditions for obtaining a DMS at room temperature. Indeed, the implanted samples (4% Fe) at 380°C more than 90% Fe atoms were distributed homogeneously. These Fe atoms are the main source of the ferromagnetic properties measured by SQUID and Mössbauer spectrometry at 300 K. These experimental results highlight the possibility of obtaining a new (DMS) at room temperature

Des faisceaux d'ions lourds energetiques ont ete utilises pour induire un melange atomique de films minces alternes de silicium et d'etain predeposes sur un substrat. Les techniques de caracterisation sont la spectroscopie de retrodiffusion de particules alpha, la microscopie electronique en transmission et a balayage, la spectroscopie mossbauer en electrons de conversion et les mesures electriques. Les principaux resultats sont: (i) l'irradiation ionique induit un melange des especes atomiques; (ii) la quantite d'atomes d'etain se trouvant en solution dans le reseau du silicium amorphe peut exceder jusqu'a deux ordres de grandeur la limite de solubilite de l'etain dans le silicium; (iii) dans tous les cas, une fraction des atomes d'etain se trouve sous forme de petits precipites de taille environ 6 nm; (iv) la matrice amorphe avec les precipites metalliques presente un comportement semiconducteur

L'augmentation des niveaux de dopages dans les extensions de source et de drain des transistors à effet de champ MOS est nécessaire à la miniaturisation des composants à semi-conducteurs. Les défauts créés par l'implantation ionique, technique principale de dopage des semi-conducteurs, entraînent au cours du recuit thermique l'apparition de phénomènes indésirables tels que la formation d'amas inactifs de dopants et la ségrégation de dopants aux interfaces avec des diélectriques. La sonde atomique tomographique assistée laser, technique récente, a été utilisée pour l'étude de la redistribution de l'arsenic et du bore dans le Si. Cette technique a été comparée à des techniques plus conventionnelles comme la spectrométrie de masse à ionisation secondaire (SIMS) ou la microscopie électronique à transmission (MET). Nous avons étudié dans la première partie, la redistribution du bore implanté à forte dose dans le silicium avant et après recuit thermique à 740°C. Des amas de bore de tailles nanométriques encore dénommés BICs (Boron Interstitials Clusters) ont été mis en évidence dans le silicium. Parallèlement à ces amas, un ordre à courte distance a également été révélé avant et après recuit thermique par des techniques statistiques et relié à la désactivation électrique. Dans la deuxième partie, la redistribution de l'arsenic dans le silicium et sa ségrégation à l'interface Si/SiO2 ont été étudiées. Un ordre à courte distance a été mis en évidence dans les échantillons implantés et recuits (900°C) ainsi que pour des échantillons dopés par épitaxie et reliée aux mesures électriques. La ségrégation de l'arsenic à l’interface Si/SiO2, étudiée dans des conditions d'équilibre, a permis de mettre en évidence par SAT la forte accumulation d'arsenic (9% de la dose implantée) à l'interface en bon accord avec la technique de spectroscopie de fluorescence-X à incidence rasante (GI-XRF). Des mesures électriques de « Spreading Resistance Profiling » (nano-SRP) ont montré un très faible niveau d'activation de l'arsenic ségrégé
The increase of level of doping in ultra-shallow junctions of MOS field effect transistors is necessary to scaling down semiconductor based devices. The defects created by ion implantation which is the main doping technique, lead during the thermal annealing, the appearance of undesirable effects such as inactive dopant clusters formation and dopant segregation at the interfaces with dielectrics. Very few tools allow the accurate characterization of this anomalous dopant redistribution in silicon. A recent technique, laser –assisted atom probe tomography, was used in this work. This technique was compared to conventional ones such as secondary ion mass spectrometry (SIMS) and transmission electron microscopy (TEM). We studied in the first part the redistribution of boron in silicon before and after annealing (740°C). Boron interstitial clusters (BICs) were identified. In addition to these clusters, a short-range ordering has also been highlighted before and after annealing and linked to electrical deactivation. In the second part of this work, the redistribution of arsenic in silicon after thermal processes and its segregation at Si/SiO2 interface were studied. Small clusters of arsenic were found for implanted and annealed samples (900°C) and also for samples doped by epitaxy. The study of the segregation of arsenic under equilibrium conditions has put into light a high accumulation of arsenic (9% of the implanted dose) at the interface in good agreement with the Grazing Incidence X-Ray Fluorescence spectroscopy (GI-XRF). Electrical measurements performed by Spreading Resistance Profiling (nano-SRP) showed the low level of activation of segregated arsenic

Des couches de a-SiO2 déposées sur un substrat de Si ont été irradiées avec des ions lourds. L'endommagement en surface est étudié à l'aide de la Microscopie à Force Atomique (AFM). Pour des pertes d'énergie électronique supérieure à 16. 0 keV/nm, des bosses apparaissent en surface. La hauteur de ces bosses diminue quand l'épaisseur de la couche d'oxyde augmente. Les études de Spectroscopie Infrarouge montrent que le seuil d'endommagement pour le a-SiO2 est autour de 2. 0 keV/nm. Alors, il est probable que la formation de ces bosses en surface ait son origine dans le substrat de Si. Le modèle de la pointe thermique conforte l'hypothèse que la création des bosses est liée à la réponse du Si. Ce modèle indique un seuil d'endommagement de 1. 8 keV/nm (a-SiO2) et 8. 0 keV/nm (Si). L'attaque chimique après irradiation offre une possibilité technique de réaliser des trous nanométriques avec des dimensions et formes contrôlables. Il est aussi possible de déterminer le rayon de la pointe AFM.