La distribution angulaire de l’InP sous bombardement Cs +

Nous avons étudié le bombardement d’une cible d’InP par des ions Cs+ en fonction de l’ énergie d’impact et de l’angle d’incidence. Pour mesurer l’évolution angulaire de la composition du dépôt, nous avons intégré le nombre de coups des agrégats de115InCs+et de PCs+.

6.1.1 En fonction de l’énergie d’impact

FIG. IV.22 -Distribution angulaire globale de l’InP pour un bombardement d’ions primaires de Cs⁺avec un angle d’incidence de 60˚ par rapport à la normale à la surface en fonction de l’énergie d’impact. La flèche noire indique la direction du faisceau d’ions incident.

La figure IV.22 présente les distributions angulaires de l’InP en fonction de l’énergie sans distinction des éléments. Nous présentons les courbes pour 2 keV, 5 keV et 10 keV. Nous remar-quons que les courbes présentent peu de différences entre elles. Les trois courbes sont centrées sur environ 12˚ dans le plan spéculaire au faisceau incident. La largeur des distributions reste similaire compte tenu de l’erreur sur la mesure de l’épaisseur.

Les évolutions de la composition du dépôt en fonction de l’angle d’émission pour les trois énergies sont présentées dans la figure IV.23. Nous constatons un comportement très différent pour 10 keV par rapport aux plus basses énergies. Pour 2 keV et 5 keV, nous pouvons observer une diminution légère et progressive de l’In par rapport au P lorsque l’angle augmente dans la direction opposée au faisceau. A l’inverse, pour 10 keV, nous observons un pic d’In dans la direction spéculaire au faisceau incident, soit environ 60˚.

6.1.2 En fonction de l’angle d’impact

Nous nous intéressons dans cette partie à la cible d’InP sous un bombardement de Cs+ avec une énergie d’impact de 2 keV et les trois angles d’incidences déjà utilisés pour les autres cibles : 30˚, 45˚ et 60˚. Les courbes de la figure IV.24 montrent les distributions angulaires globales de l’InP en fonction de l’angle d’incidence. De même que pour l’énergie d’impact, nous constatons que la direction préférentielle semble peu sensible au changement d’angle. Les maximums des trois courbes se situent autour de 10˚, nous remarquons que seul un léger décalage vers la di-rection spéculaire apparaît lorsque l’incidence s’écarte de la normale à la surface. La largeur de la distribution autour de la direction préférentielle n’est pas modifiée de façon significative en fonction des paramètres de bombardement des ions Cs+.

FIG. IV.23 -Evolution du rapport des signaux InCs⁺ et PCs⁺ en fonction de l’angle d’émission pour trois énergies d’impact avec un angle d’incidence de 60˚. La flèche indique la direction du faisceau d’ions incident. Le rapport est normalisé tel que sa valeur moyenne soit égale à 1.

FIG. IV.24 -Distribution angulaire globale de l’InP pour un bombardement d’ions primaires de Cs⁺ avec un énergie d’impact de 2 keV en fonction de l’angle d’incidence. Les flèches indiquent la direction du faisceau d’ions pour chaque angle d’incidence.

Les évolutions du rapport des signaux d’InCs et de PCs pour les mêmes paramètres sont présentées dans la figure IV.25. Alors que nous avions observé une décroissance progressive du signal d’In par rapport à celui du P pour 2 keV et 5 keV avec 60˚d’incidence, nous constatons le phénomène inverse pour 2 keV avec 30˚ et 45˚.

6.1.3 Discussion

Le tableau IV.5 présente les valeurs des paramètres d’ajustement de la fonction F(θ) =

FIG. IV.25 -Evolution du rapport des signaux InCs⁺et PCs⁺en fonction de l’angle d’émission pour trois énergies d’impact. Les flèches indiquent la direction du faisceau d’ions pour chaque angle d’incidence. Le rapport est normalisé tel que sa valeur moyenne soit égale à 1.

Paramètres de bombardement Paramètres deF(θ) =cosⁿ(θ−θ_Max)

E_I θ_i θ_Max Exposantn 2 keV 30◦ 6◦ 1,5 45◦ 8◦ 1,8 60◦ 12◦ 1,8 5 keV 60◦ 13◦ 1,6 10 keV 60◦ 12◦ 2,5

TAB. IV.5 -Paramètres de fit de la distribution angulaire de l’InP sous Cs⁺.

60˚, la valeur de θ_Max reste à peu près constante à 12˚ quelle que soit l’énergie d’impact. Nous remarquons que la direction préférentielle se rapproche légèrement de la normale lorsque l’angle d’incidence s’en rapproche. Excepté pour 10 keV, les distributions angulaires restent relative-ment larges avec une valeur denentre 1,5 et 1,8.

Nous constatons que la distribution angulaire de l’InP ne semble pas dépendante des para-mètres de bombardement d’ions primaires sur la gamme d’énergie et d’angle étudiée. Les simu-lations par TRIDYN (dans la partie 5.3.1 de ce chapitre) suggèrent que la cascade dans la cible d’InP se propage profondément dans la cible. Nous avons vu que la distribution angulaire dé-pend en partie de la profondeur d’origine de la particule. Il est donc régulièrement considéré que l’émission sera d’autant plus proche de la normale que la cascade se développe profondément. Or, nous constatons que l’angle d’émission maximaleθ_Max reste légèrement oblique quelles que soient les conditions. Ceci tend à montrer que les cascades de collisions restent anisotropiques et sont également bien développées à proximité de la surface. La diminution de θ_Max lorsque l’angle d’incidence décroît est cohérente avec cette explication. L’augmentation de l’exposant

npour une énergie d’impact de 10 keV par rapport à 2 et 5 keV, peut s’expliquer en partie par l’augmentation de la profondeur d’origine des particules émises lorsque l’énergie d’impact aug-mente.

Le comportement de l’évolution de la composition est plus complexe et indique que le dépôt n’est pas homogène en fonction de l’angle d’émission. Pour une incidence de 60˚ et une énergie d’impact de 2 keV et 5 keV, nous observons une augmentation du signal du P par rapport au signal de l’In.

Nous avons vu précédemment que la ségrégation Gibbsienne peut former une couche de P sur la surface de la cible. Les atomes de cette couche sont plus facilement émis dans des directions obliques que les atomes issus des couches plus profondes. Dans le cas d’incidences très obliques, l’anisotropie des cascades de collisions tendra à émettre les atomes des couches de la surface dans la direction spéculaire. Nous pouvons par conséquent faire l’hypothèse que cette augmentation du P dans la direction spéculaire du faisceau d’ions est une conséquence de cette couche de P induite par la ségrégation.

Lorsque l’angle d’impact est moins oblique, il est possible que cette couche ne soit plus créée ou que la profondeur des particules émises augmente. Nous avons vu que la pulvérisation pré-férentielle tend à enrichir globalement la région de la surface en In (Cf. la partie II.2.4.4). Il se peut que dans ces conditions ce soit l’In qui soit pulvérisé préférentiellement dans la direction spéculaire.

Le cas de l’InP sous bombardement avec une énergie d’impact de 10 keV et 60˚ semble par-ticulier. L’apparition du pic dans la direction spéculaire au faisceau peut être une conséquence de la migration comme nous l’avons supposé précédemment pour les autres conditions de bom-bardement. Il est également possible que ce soit dans ce cas précis une conséquence de la re-pulvérisation des atomes du dépôt soit par des ions de Cs+ rétrodiffusés à la surface de la cible soit par des atomes émis hors de la cible avec des énergies suffisamment grandes pour entraîner la pulvérisation du P présent dans cette région du dépôt.

Les variations de stœchiométrie sont majoritairement dans les parties les moins épaisses du dépôt. A titre d’exemple, la figure IV.26 montre l’évolution du rapport des signaux InCs+ et PCs+ ainsi que l’épaisseur déposée en fonction de l’angle d’émission pour un échantillon d’InP bombardé par des ions Cs+ avec une énergie d’impact de 10 keV et un angle d’incidence de 60˚. Nous constatons que le pic d’In est dans une région où le dépôt est déjà faible (inférieur à 50% de sa valeur maximale).