Moduler l'ordre cristallin du silicium: vers de nouveaux semi-conducteurs

Publié par Adrien le 04/05/2020 à 09:00
Source: CEA
Une collaboration impliquant l'Iramis-Cimap et la Direction des énergies du CEA montre qu'il est possible de modifier de manière contrôlée l'ordre cristallin du silicium, en combinant une irradiation par faisceaux d'ions basse et haute énergies. Une nouvelle piste pour façonner des semi-conducteurs !


(c) piranka

L'irradiation (En physique nucléaire, l'irradiation désigne l'action d'exposer (volontairement ou accidentellement) un organisme, une substance, d'un corps à un flux de rayonnements...) de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) par faisceau d'ions accélérés est largement utilisée pour élaborer des nanostructures et doper des semi-conducteurs.

À très basse énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.), les faisceaux d'ions de la FIB (Focused Ion (Un ion est une espèce chimique électriquement chargée. Le terme vient de l'anglais, à partir de l'adjectif grec...) Beam) permettent de pulvériser la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de...). Jusqu'à quelques MeV, les ions perdent leur énergie par collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) avec les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec...) de la cible, provoquant la formation de lacunes, d'atomes interstitiels ou de cascades de déplacements atomiques. Au-dessus de 30 MeV, ils peuvent former des traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet sous la responsabilité...) latentes le long du parcours du faisceau (jusqu'à plusieurs microns), créer du désordre dans le cristal (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que cet usage diffère quelque peu de la définition scientifique de ce mot. Selon l'Union internationale de cristallographie, tout...) qui devient localement amorphe et entraîner des transitions de phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :).

Ces effets, très différents suivant le flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est employé dans les domaines...) des ions, leur énergie et le matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de...) irradié, peuvent être combinés afin d'obtenir de nouveaux procédés de fabrication à façon des semi-conducteurs. Dans cette optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.), les chercheurs du Cimap ont étudié - dans diverses configurations permises par l'installation Jannus au CEA, à Saclay - les effets combinés d'une irradiation à basse et haute énergies du silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.).

Ils montrent que le degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :) d'amorphisation du silicium et la profondeur de la couche altérée dépendent fortement du rapport des intensités des deux types de faisceaux d'ions. À l'instar d'un recuit, les ions de haute énergie réduisent fortement, par excitation électronique, les dommages balistiques causés par les ions de basse énergie. Une bonne "cristallinité" est à nouveau observée quand le flux du faisceau haute énergie est supérieur à celui du faisceau basse énergie. Ces résultats prouvent qu'il est possible de moduler ainsi l'amorphisation ou la "cristallinité" du silicium sur des épaisseurs contrôlées.

Ces travaux ont été réalisés en collaboration avec le Centre de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique...) sur les ions, les matériaux et la photonique (Cimap), à Caen, la Direction des énergies du CEA et le Laboratoire de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la...) des deux infinis Irène Joliot-Curie (Irène Joliot-Curie (12 septembre 1897 - 17 mars 1956) était une chimiste et une physicienne française. Épouse de Frédéric Joliot-Curie, leurs travaux en radioactivité artificielle leur ont valu le prix Nobel de chimie en...) (IJCLab) d'Orsay.

Références:
Ionization-induced annealing in silicon upon dual-beam irradiation, Journal of Materials Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour...)
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