Dans cette partie, la cible est une plaque de Ge polie sur la face pulvérisée. Comme pour le Si, nous présenterons dans un premier temps l’évolution de l’émission de la matière en fonction de l’énergie d’impact. Puis dans une deuxième partie, nous décrirons les résultats obtenus en faisant varier l’angle d’incidence du faisceau d’ions. Comme précédemment, nous conclurons cette série de résultats par une discussion et la présentation d’un tableau récapitulatif des paramètres de la fonction cosinus associe au distribution angulaires mesurées.
3.2.1 En fonction de l’énergie d’impact
Les courbes en fonction de l’énergie d’impact sont présentées dans la figure IV.13. L’angle d’impact a été fixé à 60˚et nous avons fait trois séries d’analyses pour les trois énergies d’impact déjà utilisées pour le Si : 2 keV, 5 keV et 10 keV.
FIG. IV.13 -Distribution angulaire du Ge sous un bombardement d’ions Cs+pour un angle d’incidence de 60˚ en fonction de l’énergie d’impact.
Nous constatons sur cette figure que la distribution angulaire des atomes de Ge est peu sen-sible à la variation d’énergie avec une émission préférentielle centrée entre 15˚ et 20˚.
Nous observons que l’émission reste importante sur une large gamme d’angle, avec une va-leur supérieure à 90% de la vava-leur maximale, entre -10˚ et 35˚. De même que la direction préfé-rentielle, la largeur de la distribution évolue peu lorsque l’énergie varie.
3.2.2 En fonction de l’angle d’impact
FIG. IV.14 -Distribution angulaire du Ge en fonction de l’angle d’incidence pour une énergie d’impact de 2 keV.
La figure IV.14 présente les distributions angulaires pour trois angles (30˚, 45˚ et 60˚) par rapport à la normale à la surface de la cible. Les variations en fonction de l’énergie étant faibles, nous ne présenterons les courbes que pour une énergie d’impact de 2 keV.
Nous observons que la direction préférentielle pour un bombardement à 30˚ est presque à la normale à la surface. Pour un angle d’incidence de 45˚ et 60˚, les directions préférentielles sont situées respectivement à environ 14˚ et 17˚.
3.2.3 Discussions
Les paramètres de la fonction cosinus que nous pouvons attribuer aux distributions angulaires des atomes de Ge sont présentés dans le tableau IV.3.
Paramètres de bombardement Paramètres deF(θ) =cosn(θ−θMax)
Énergie d’impact θi θMax Exposantn
10 keV 60◦ 18◦ 2,3
5 keV 60◦ 14◦ 2,4
2 keV 30◦ 2◦ 2
45◦ 15◦ 2,2
60◦ 17◦ 2,5
TAB. IV.3 -Paramètres de fit de la distribution angulaire du Ge sous Cs+
Nous retrouvons que la direction préférentielle, associée àθMax, n’évolue pas ou peu en fonc-tion de l’énergie d’impact. L’erreur sur la mesure de l’angle étant d’environ 3˚, nous supposerons donc que dans la gamme d’énergie observée, l’angle d’émission reste à environ 15˚. La direction préférentielle en fonction de l’angle d’incidence varie d’environ 15˚ vers la direction spéculaire lorsque l’angle d’incidence passe de 30˚ à 60˚.
La valeur du paramètrenest comprise entre 2 et 2,5. Ceci se traduit par une émission qui reste importante (supérieure à 90% du maximum) sur±15˚ autour de la direction préférentielle. Nous supposerons que ce paramètre reste donc à peu près constant dans la gamme d’énergie d’impact et d’angle d’incidence étudiée pour le Ge.
Il est à noter que comme nous l’avions supposé précédemment, les simulations par SRIM ne correspondent pas aux mesures expérimentales de la distribution angulaire.
3.3 Conclusions
Nous avons vu dans le chapitre II que les paramètres qui peuvent induire des changements dans les distributions angulaires des matériaux composés d’un seul élément chimique, sont issus :
– du bombardement d’ions primaires : nature de l’ion, énergie d’impact et l’angle d’inci-dence.
– de la cible : masse de l’élément, chimie (énergie de liaison à la surface, énergie de seuil), densité, etc. . .
La plupart de ces paramètres se retrouvent, à juste titre, dans les formules de rendement de pulvérisation. Il est donc régulièrement suggéré que l’angle d’émission est dépendant de ce der-nier. En règle générale, il est considéré que celui-ci sera d’autant plus proche de la normale à la surface que le rendement est élevé [92]. Le Ge a un rendement de pulvérisation légèrement supérieur au Si. Il est donc cohérent d’obtenir des angles d’émissions plus faibles.
Le facteur n caractérise la largeur de la distribution. Plus la valeur de n est grande et plus la distribution est étroite autour de la direction préférentielle. Dans notre cas, nous avons nSi<
nGe. Le Si pulvérisé se diffusera donc sur une gamme d’angle plus grande que le Ge. Ainsi, à quantité de matière pulvérisée égale, il faudra donc plus de temps pour collecter dans la direction préférentielle une même épaisseur de Si que de Ge. Dans la gamme d’énergie que nous étudions, l’exposant nest souvent légèrement supérieur à 1 et augmente d’autant plus avec le rendement de pulvérisation pour le Ge et Si. V.I. Shulga [85] mesurenSi=1,3 etnGe=1,6 dans son étude numérique avec un bombardement normal d’Ar. Dans la mesure où nos conditions sont très différentes, il n’est pas possible d’extrapoler les valeurs, mais nos résultats sont cohérents par rapport à l’ordre de grandeur et à l’écart entre les deux valeurs den.
Les mécanismes mis en jeu
Pour une énergie entre 2 keV et 10 keV, la cascade est suffisamment développée pour que l’émission de la matière est lieu après de nombreuses collisions entre les atomes de la cible. Dans le cas d’un développement isotrope de la cascade sous la surface de la cible, Sigmund prédit une émission de forme cosinus [18]. Or nous avons vu dans le chapitre II que pour des incidences obliques, l’isotropie n’est plus respectée. Premièrement lorsque l’énergie d’impact varie, la profondeur du développement de la cascade évolue en conséquence. Une diminution de celle-ci rapproche logiquement les évènements de la surface et réduira la profondeur où les atomes sont mis en mouvement. De même, une augmentation de l’angle d’incidence induit des effets similaires. Ce changement de profondeur implique également que le nombre de collisions avant l’émission d’un atome sera plus faible. Ceci aura pour conséquence de favoriser des émis-sions plus obliques.
Dans le cas du Si et du Ge, leur cristal et leur densité atomique sont très similaires, donc les paramètres pouvant induire un changement sont principalement leur masse et leur énergie de liaison dans la cible et la surface. La masse de Si (d’environ 28 u.m.a) est beaucoup plus faible que celle du Ge (d’environ 72 u.m.a) par rapport à l’ion Cs (d’environ 133 u.m.a). Le transfert d’énergie sera donc favorable au Ge, le nombre d’atomes en mouvement augmentera plus rapi-dement en fonction de l’énergie ce qui entraînera une disparition plus rapide de l’information initiale du faisceau primaire.
supérieure à celle du Ge (4,29 eV à la surface, 2,72 eV liaison de covalence). L’énergie mini-mum pour déplacer un atome est plus importante pour une atome de Si. La cascade de collision est par conséquent moins développée et les atomes mis en mouvement seront principalement ceux proches de la surface. La profondeur d’origine des atomes émis est alors plus proche de la surface et il est donc plus aisé d’obtenir des angles d’émission plus importants pour le Si. A l’inverse, la cascade de collisions du Ge se développe plus en profondeur et les atomes émis sont originaires de couches plus lointaines de la surface.
Lorsque l’énergie d’impact diminue, la profondeur de la cascade se rapproche plus fortement de la surface. Il est alors cohérent que l’émission du Si se modifie de manière plus importante que pour le Ge. La dépendance plus importante du Ge à l’angle d’incidence est probablement une conséquence du transfert d’énergie plus important lié à sa masse.
Les mesures expérimentales de la distribution angulaire des matériaux composés d’un seul élément chimique que sont le Si et le Ge, sont en accord avec la littérature et les modèles ana-lytiques. Ils montrent que la direction préférentielle peut varier assez fortement d’une cible à l’autre mais également en fonction des paramètres primaires.
Ces résultats confirment également que le rapport des masses entre l’ion et l’atome de la cible et les énergies de liaisons entre atomes sont effectivement des critères importants pour comprendre les mécanismes de l’émission sous bombardement ionique.
IV.4 Simulation de la distribution angulaire de l’InP et du