Mesures différentielles

Dans le cadre du dopage par implantation ionique, la variation de la concentration du dopant avec la profondeur est importante. Nous avons cherché à obtenir l’évo- lution des propriétés électriques avec la profondeur. En effet, les mesures MEMSA permettent d’accéder uniquement aux densités surfaciques de porteurs. Il est donc possible de parvenir aux densités volumiques de porteurs, dans le cas où ils sont uniformément répartis sur une épaisseur connue. Pour un dopant incorporé par im- plantation ionique, il devient nécessaire de suivre l’évolution de la densité de porteurs avec la profondeur afin de représenter fidèlement l’activation du dopant.

Dans l’optique d’obtenir l’évolution des porteurs avec la profondeur, nous avons appliqué une méthodologie de mesures différentielles. Les échantillons sont donc mesurés à plusieurs reprises. Entre chaque mesure, environ 200 nm de couche sont gravés à l’aide d’une solution de brome et d’éthylène glycol. La différence des mesures réalisées avant et après gravure nous donne alors accès aux propriétés de l’épaisseur gravée.

La méthodologie utilisée est présentée Figure 2.15. Les échantillons dédiés à la me- sure MEMSA sont préparés selon le motif du trèfle, afin d’éliminer les artéfacts pro- venant de la contribution des contacts [66]. Les contacts sont réalisés par gravure chimique à 200 nm de profondeur puis par dépôt d’or. Ces contacts sont protégés

par une résine lors de l’étape de gravure. Cette protection induit la création d’une marche qui est utilisée pour mesurer l’épaisseur gravée par profilomètre mécanique.

Figure 2.15 – Méthodologie de mesures MEMSA différentielles : (a) échantillons avant

gravure, (b) protection des contacts par résine, (c) échantillon ayant subi trois gravures successives.

Finalement la mesure différentielle MEMSA permet de déterminer l’évolution avec la profondeur des propriétés électriques des échantillons de CdHgTe.

2.7 Conclusion

L’incorporation du dopant par implantation ionique permet une incorporation pré- cise et localisée du dopant. Cette technique implique cependant la création de nom- breux défauts cristallins qu’il est important de corriger afin de retrouver une bonne qualité cristalline, nécessaire au bon fonctionnement des dispositifs. Cette correction est réalisée en même temps que l’activation du dopant par traitement thermique. Les spécificités du recuit sous pression saturante de mercure nécessaire à cette étape, ont été caractérisées et ajustées afin de garantir le bon déroulement de tous les recuits réalisés dans le cadre de ce travail.

Comme nous le verrons au cours des chapitres suivants, la sensibilité au désordre cristallin et l’aspect quantitatif de la technique de RBS-c vont nous permettre d’étu- dier les défauts créés par implantation ionique ainsi que leur correction lors du recuit. L’imagerie BF-STEM permet une approche très complémentaire de la RBS-c. En effet, ce mode d’imagerie permet d’obtenir une vision globale de la répartition des défauts cristallins, tout en permettant de déterminer la nature de ces derniers. Les possibilités de l’imagerie STEM-EDX seront utilisées pour obtenir des informations chimiques localisées, dans la limite permise par la sensibilité du matériau au fais- ceau d’électrons. Enfin, l’évolution des propriétés électriques avec la profondeur des couches dopéessera mise en évidence par mesures MEMSA différentielles.

implantation ionique d’arsenic

Ce chapitre aborde l’ensemble de la problématique du dopage de CdHgTe par im- plantation ionique d’arsenic, de l’incorporation jusqu’à l’activation, avec comme fil conducteur les dommages structuraux résultant de l’implantation ionique. Ces études fondamentales de compréhension du comportement de l’arsenic s’inscrivent en amont de la technologie développée au laboratoire et permettent de dégager des pistes d’amélioration de cette dernière.

Nous avons pu voir au cours du chapitre 1 que l’implantation ionique dans le CdHgTe implique la création de défauts. L’impact de ces derniers sur la diffusion de l’espèce implantée reste cependant peu étudié. La première partie de ce chapitre est consa- crée à l’étude de ces dommages. Nous verrons successivement leur comportement électrique, leur densité en fonction de la profondeur dans l’échantillon ainsi que leur nature. La seconde partie concerne la correction de ces dommages lors des recuits dédiés à l’activation électrique du dopant. Les informations ainsi obtenues sur les dommages et leurs caractéristiques de correction lors du recuit seront utilisées, dans la troisième partie, afin d’étudier l’impact de ces dommages sur la diffusion de l’ar- senic. Nous nous intéresserons également à l’influence de la composition de l’alliage sur la diffusion de l’arsenic, afin de mettre à jour les paramètres clés influençant la diffusion de l’arsenic implanté dans CdHgTe. La dernière partie de ce chapitre est consacrée au comportement électrique de l’arsenic implanté suite au recuit d’acti- vation. La détermination du comportement accepteur de l’arsenic, en fonction de la profondeur dans le matériau, sera utilisée pour proposer un mécanisme de diffusion. Une partie des travaux présentés dans ce chapitre a été publiée dans Nuclear Ins-

truments and Methods in Physics Research Section B [68].

3.1 Dommages structuraux résultant de

l’implantation ionique

Afin de caractériser les défauts induits par implantation ionique d’arsenic, nous avons étudié l’effet de la dose d’ions implantés à l’aide de trois techniques com- plémentaires. Le comportement électrique des couches implantées a été étudié par mesure MEMSA. La RBS-c a été utilisée pour obtenir le profil de désordre dans

la zone implantée. Enfin, l’imagerie BF-STEM a été employée pour obtenir une visualisation directe des défauts cristallins.