a Monocristaux 3C-SiC HOYA irradiés à haute énergie (880keV)

Les mesures de RPE montrent que le signal majoritaire dans les monocristaux 3C-SiC HOYA irradiés avec des électrons de 880keV (fluence 5x1018cm-2) est le signal T1, caractéristique de la monolacune de silicium chargée négativement V_Si-. Sa concentration est de 1.6x1017cm-3. De plus un signal relatif à l’interaction dipôle-dipôle entre la lacune de silicium et l’interstitiel de silicium

__________DEFAUTS INDUITS PAR IRRADIATION AVEC DES ELECTRONS DANS DES MONOCRISTAUX 3C- ET 6H-SiC

est également détecté dans ces cristaux. Ce signal est similaire au signal observé dans les cristaux 6H-SiC irradiés dans les mêmes conditions. La concentration de ce centre paramagnétique est de 4.2x1015cm-3, donc beaucoup plus faible que celle qui est mesurée dans les cristaux 6H-SiC irradiés dans les mêmes conditions (concentration de 7.2x1016cm-3). Pour tenter d’expliquer cette différence, on peut évoquer une énergie de seuil de déplacement du silicium qui serait plus élevée pour le polytype 3C (voir partie IV.7 page 155). Un autre facteur explicatif peut être le fait que dans les cristaux 6H-SiC, la distribution de l’énergie transmise aux atomes de silicium est plus large parce que l’épaisseur des cristaux est plus grande et que l’énergie des électrons diminue avec la profondeur (voir partie IV.2.b page 123). La distance lacune-interstitiel correspondant à cette interaction dipolaire ne peut vraisemblablement être respectée que dans une certaine gamme d’énergie des électrons, qui pourrait mieux correspondre aux cristaux 6H-SiC.

Les caractéristiques d'annihilation des positons (les fractions d’annihilation des moments des

paires électrons-positons ; S et W) atteignent un plateau à partir de 7-8keV pour le monocristal

3C-SiC HOYA irradié avec des électrons de 880keV. Cela se traduit par un amas de points sur la courbe S(W). On peut dire que les valeurs de S et W sur le plateau correspondent aux caractéristiques d’annihilation dans la zone des 1-4µm de celui-ci.

On observe sur la figure IV.20 que pour les hautes énergies de positons, les valeurs de S (resp. W) pour le monocristal irradié avec des électrons de 880keV 3CHOYA880 sont plus élevées (resp. plus faibles) que celles du monocristal vierge 3CHOYAVierge. L’irradiation avec des électrons a donc généré des défauts. Les mesures d’élargissement Doppler ne permettent pas de dire si l’irradiation n’a produit que des défauts lacunaires ou à la fois des « ions négatifs » et des défauts lacunaires.

La figure IV.23 représente les variations de S en fonction de W pour le monocristal 3C-SiC HOYA vierge 3CHOYAVierge, pour le monocristal 3C-SiC HOYA irradié avec des électrons 3CHOYA880, pour le monocristal 6H-SiC LETI vierge 6HLETIVierge et pour le monocristal 6H-SiC LETI 6HLETI880F2 irradié dans les mêmes conditions que le cristal 3CHOYA880.

0.90 0.95 1.00 1.05 0.98 1.00 1.02 1.04 1.06 1.08 1.10

Monocristaux 3C-SiC HOYA 3CHOYAVierge

3CHOYA880 (880keV, 5x10¹⁸cm^-2)

Monocristaux 6H-SiC LETI 6HLETIVierge

6HLETI880F2 (880keV, 5x10¹⁸cm^-2)

Volume de 6HCREEH+

(proche de la bilacune V_Si-C)

S, f ra c ti on d' a nnihil at io n d es élec tr o ns de fa ib le m o me nt W, Fraction d'annihilation des électrons de fort moment

(D3)

(D1)

Figure IV.23 : évolution de S en fonction de W pour les monocristaux 3CHOYAVierge et 3CHOYA880 (880keV, 5x1018cm-2), et comparaison avec les monocristaux 6H-SiC LETI 6HLETIVierge et

__________DEFAUTS INDUITS PAR IRRADIATION AVEC DES ELECTRONS DANS DES MONOCRISTAUX 3C- ET 6H-SiC

En comparant les valeurs de S et de W sur les plateaux, on observe que S_3CHOYA880>S_6HLETI880F2 et que W_3CHOYA880<W_6HLETI880F2. Les différences en S et en W pour les monocristaux 3C-SiC HOYA et 6H-SiC LETI après irradiation avec des électrons de 880keV sont beaucoup plus faibles qu’avant irradiation.

Les différences en S et W pour les deux monocristaux vierges 3CHOYAVierge et 6HLETIVierge ont été attribuées à la présence « d’ions négatifs » en concentration plus importante dans le monocristal LETI que dans le monocristal HOYA. Sur la figure IV.23, on note que l’amas de points (S,W) définissant les caractéristiques d’annihilation dans la zone des 1-4µm de 3CHOYA880 est légèrement au-dessus de la droite (D3) passant par le point (S,W) caractéristique de 3CHOYAVierge et celui caractéristique des défauts lacunaires créés dans 6HCREEH+ situé dans le prolongement de la droite (D1). Cela suggère que soit les défauts lacunaires créés dans le cristal 3C-SiC HOYA sont globalement de taille plus importante que le mélange V_Si/bilacunes détecté dans les monocristaux LETI à 880keV, soit des ions négatifs participent au piégeage dans le cristal 3C-SiC HOYA. Sur la figure IV.23 on constate que (S,W)_3CHOYA880 est situé sur la droite (D1) caractéristique du mélange des défauts créés par irradiation aux électrons de 880keV (défauts lacunaires et ions négatifs) dans les monocristaux 6H-SiC LETI. Cela confirme une des hypothèses énoncées auparavant, celle de la création, en plus des défauts lacunaires, d’ions négatifs par irradiation avec des électrons de 880keV dans les cristaux 3C-SiC HOYA. Les valeurs de S légèrement plus élevées (et de W légèrement plus faibles) obtenues pour 3CHOYA880 par rapport à celles obtenues dans 6HLETI880F2 peuvent s’expliquer par une forte concentration initiale en « ions négatifs » dans le monocristal LETI. Les mesures de temps de vie de positons en fonction de la température sur les monocristaux 3C-SiC HOYA irradiés avec des électrons de 880keV (figure IV.21) fournissent des informations quant à la nature des défauts lacunaires générés. Les spectres RPE n’ont pas pu être enregistrés à des températures inférieures à 60K, température maximale pour laquelle on peut détecter l’azote donneur, car la taille du cristal en interdisait l’entrée dans le cryostat à l’hélium. Néanmoins la concentration en monolacunes de silicium négatives est de 1.6x1017cm-3, soit très supérieure à la concentration initiale en porteurs libres. Or Von Bardeleben et al. ont montré que les monolacunes de silicium participent à la compensation dans SiC [9]. On peut donc supposer que les cristaux sont compensés, et que le niveau de Fermi ne varie pas en fonction de la température de mesure.

Tout d’abord les valeurs du temps de vie moyen des positons τ_moy sont comprises entre 193ps et 201ps, donc supérieures au valeurs mesurées dans les cristaux vierges (τ_moy≈150ps, voir chapitre III), confirment que des défauts lacunaires ont été générés.

Le temps de vie court τ₁ est inférieur à 140ps, suggérant un piégeage partiel des positons. Les valeurs des deux composantes de temps de vie et de leurs intensités relatives ne peuvent pas correspondre à un modèle à un seul piège (voir annexe B). Ce temps de vie est supérieur au temps de vie détecté dans les cristaux 3C-SiC HOYA du même type irradié avec des protons de 12MeV à la fluence de 4x1014cm-2 (voir chapitre V, les valeurs de τ₁ sont alors proches de 100ps). De plus l’intensité relative I₁ diminue lorsque la température augmente. Cela indique que des « ions négatifs » ont été générés par irradiation aux électrons. La création par irradiation de ces

__________DEFAUTS INDUITS PAR IRRADIATION AVEC DES ELECTRONS DANS DES MONOCRISTAUX 3C- ET 6H-SiC

« ions négatifs » qui constituent par la suite un piège pour les positons a déjà été observée par Henry et al. [4] et Polity et al. [14]. La concentration de ces défauts de type « ions négatifs » semble néanmoins assez faible puisque le piégeage des positons n’est pas total.

La composante longue de temps de vie τ₂ est caractéristique des défauts lacunaires. Sa valeur augmente de 208ps à 216ps avec la température de mesure, ce qui indique la compétition pour le piégeage des positons entre au moins deux types de défauts lacunaires dans ces cristaux. De la même manière que pour les cristaux 6H-SiC LETI irradiés dans les mêmes conditions, les deux types de défauts lacunaires détectés dans ces cristaux pourraient être des monolacunes de silicium V_Si (τ=202ps) et des bilacunes V_Si-V_C (τ=226ps). Les cristaux étant vraisemblablement compensés électriquement, l’augmentation de la composante longue de temps de vie τ₂ avec la température indique que les monolacunes de silicium sont négatives (chargées une fois négativement d’après les spectres de RPE) et que les bilacunes sont neutres. Le temps de vie long τ₂ est légèrement plus long que pour les cristaux 6H-SiC LETI irradiés dans les mêmes conditions, cela pourrait suggérer un rapport C°_bilacunes/C°_monolacunes plus grand dans les cristaux 3C-SiC HOYA irradiés à 880keV que dans les cristaux 6H-3C-SiC LETI. Néanmoins les cristaux 6H-3C-SiC LETI ne sont pas compensés après irradiation à 880keV, et donc les états de charge des monolacunes de silicium et des bilacunes peuvent être différents et expliquer la différence entre les temps de vie long τ₂.