a Monocristaux 6H-LETI irradiés à haute énergie (880keV)

Les mesures de RPE montrent plusieurs signaux dans les monocristaux 6H-SiC LETI irradiés avec des électrons de 880keV (fluence 5x1018cm-2). Les signaux majoritaires sont superposés et n’ont malheureusement pas pu être attribués. Seul un signal relatif à l’interaction dipôle-dipôle entre la lacune de silicium et l’interstitiel de silicium a pu être clairement attribué. La concentration de ce centre paramagnétique est de 7.2x1016cm-3.

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

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

positons de 7-8keV pour les monocristaux 6H-SiC LETI irradiés avec des électrons de 880keV 6HLETI880F1 et 6HLETI880F2. Cela se traduit par un amas de points sur les courbes S(W). On peut dire que les valeurs de S et W obtenues sur le plateau pour les deux cristaux correspondent aux caractéristiques d’annihilation dans la zone des 1-4µm de celui-ci.

On observe sur la figure IV.15 que pour les hautes énergies de positons, les valeurs de S (resp. W) pour les monocristaux irradiés avec des électrons de 880keV 6HLETI880F1 et 6HLETI880F2 sont plus élevées (resp. plus faibles) que celles du monocristal vierge 6HLETIVierge. L’irradiation avec des électrons a donc généré des défauts lacunaires.

Les amas de points (S,W) correspondant aux hautes énergies des positons pour les monocristaux 6H-SiC LETI vierge 6HLETIVierge et irradiés avec des électrons de 880keV 6HLETI880F1 (fluence 1018cm-2) et 6HLETI880F2 (fluence 5x1018cm-2) sont alignés sur une même droite (D). Cette droite est caractéristique d’un mélange entre des états d’annihilation de type « ions négatifs » (prépondérant dans le monocristal vierge 6HLETIVierge voir chapitre III, partie III.2.e) et des défauts lacunaires générés par irradiation avec des électrons de 880keV. Les mesures d’élargissement Doppler à 300K ne nous permettent pas à elles seules de déterminer si les défauts créés sont uniquement lacunaires, ou si des défauts de type « ions négatifs » sont produits conjointement lors de l’irradiation. L’alignement sur une même droite des points (S,W) caractéristiques des monocristaux irradiés avec des électrons de 880keV 6HLETI880F1 (fluence 1018cm-2) et 6HLETI880F2 (fluence 5x1018cm-2) indique que les mêmes types de défauts lacunaires sont détectés dans les deux cristaux irradiés à deux fluences différentes.

La figure IV.17 montre par ailleurs que les amas de points (S,W) correspondant aux caractéristiques d’annihilation dans la zone des 1-4µm pour le monocristal irradié avec des électrons de 880keV 6HLETI880F2 et pour le monocristal irradié avec des protons de 12MeV à

la fluence 8x1015cm-2 6HLETIH+ sont quasiment superposés. Cela indique que les

concentrations des défauts lacunaires détectés à 300K dans ces deux monocristaux sont très proches. A cette fluence Henry et al. [4] ont montré par des mesures de temps de vie avec des positons sur des cristaux 6H CREE que les défauts détectés sont en fait un mélange de monolacunes V_Si et de bilacunes V_Si-V_C.

Les concentrations théoriques en défauts lacunaires impliquant la lacune de silicium ont été déterminées à partir des nombres de déplacements dans le sous-réseau silicium prédits par les programmes SMOTT et PENELOPE pour le monocristal irradié avec des électrons 6HLETI880F2 (voir partie IV.2, avec E_d(Si)=20eV) et SRIM pour le monocristal irradié avec des

protons 6HLETIH+ (avec E_d(Si)=20eV et E_d(C)=20eV). Elles sont respectivement de

1.5x1018cm-3 et 1.7x1018cm-3 dans les 4µm sondés par les positons lents pour les cristaux 6HLETI880F2 et 6HLETIH+. Ces deux concentrations théoriques en lacunes de silicium sont très proches, ce qui explique la superposition des amas de points (S,W) correspondant aux caractéristiques d’annihilation dans la zone des 1-4µm pour le monocristal irradié avec des électrons de 880keV 6HLETI880F2 et pour le monocristal irradié avec des protons de 12MeV à la fluence 8x1015cm-2 6HLETIH+.

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quant à la nature des défauts ponctuels générés. Les spectres RPE montrent que le signal de l’azote donneur est encore présent, en concentration importante, après irradiation avec des électrons de 880keV à la fluence 5x1018cm-2. Les cristaux ne sont donc pas compensés et le niveau de Fermi peut varier avec la température de mesure. Cette information est importante pour discuter de l’évolution des décompositions des spectres de temps de vie avec la température. Le temps de vie moyen des positons τ_moy dans les cristaux irradiés, supérieur au temps de vie mesuré dans les cristaux vierges (voir chapitre III), confirme que des défauts lacunaires ont été générés par irradiation. Le temps de vie court τ₁ est égal à 140ps quelle que soit la température de mesure. De plus, son intensité relative I₁ est proche de 33% jusqu’à 150K, puis diminue lorsque la température augmente. Ces deux informations montrent que des « ions négatifs » sont détectés. En effet le temps de vie caractéristique des ions négatifs est proche du temps de vie du réseau SiC (140ps) et l’évolution de l’intensité I₁ correspond au comportement attendu si des ions négatifs sont présents, car ce sont des pièges peu profond, et le dépiégeage devient d’autant plus important que la température augmente (voir chapitre II, page 61). Une forte concentration de ces défauts de type « ions négatifs » existe déjà dans le cristal vierge (voir chapitre III), il est dès lors impossible de dire si ceux qui sont détectés dans les cristaux irradiés à 880keV sont des défauts générés par irradiation ou non.

La composante longue de temps de vie τ₂ est caractéristique des défauts lacunaires. Sa valeur augmente de 206ps à 213ps 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. Comme il a déjà été proposé par Henry et al. [4] dans les monocristaux irradiés avec des protons de 12MeV, les deux types de défauts lacunaires détectés dans ces cristaux pourraient être des monolacunes de silicium V_Si (τ_exp=202ps) et des bilacunes V_Si-V_C (τ_exp=225ps). Les cristaux ne sont pas compensés donc le niveau de Fermi peut descendre lorsque la température de mesure augmente. Deux hypothèses peuvent dès lors être émises quant à l’état de charge des lacunes de silicium et des bilacunes à partir des temps de vie mesurés en fonction de la température. Soit le niveau de Fermi varie peu et ne croise pas de niveau d’ionisation de la monolacune de silicium ou de la bilacune, et dans ce cas l’augmentation du temps de vie long τ₂ ne peut s’expliquer que par un état de charge neutre pour la bilacune et négatif (une fois ou plus) pour la monolacune de silicium. Soit le niveau de Fermi varie de manière plus importante et croise au moins un niveau d’ionisation de la monolacune de silicium et/ou de la bilacune, et dans ce cas au moins deux états de charge sont détectés en fonction de la température pour la monolacune et/ou la bilacune. Un changement d’état de charge induit une variation du coefficient de piégeage d’un défaut lacunaire (plus un défaut est négatif, plus il est piégeant, voir chapitre II), donc les taux de piégeage dans les monolacunes de silicium et dans les bilacunes peuvent évoluer avec la température de mesure et le temps de vie long τ₂ peut varier. Par exemple si la monolacune de silicium passe de l’état de charge deux fois négatif à l’état de charge une fois négatif lorsque la température augmente et que la bilacune conserve le même état de charge, alors le taux de piégeage dans la bilacune va augmenter avec la température et cela peut expliquer l’augmentation du temps de vie long τ₂.

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