La Figure5.2 montre les spectres de r´etrodiffusion Rutherford (RBS) produits `a l’aide d’un faisceau d’He+ de 2 MeV sur des ´echantillons de contrˆole. Comme on le voit sur le
sch´ema en 5.2 (a), le faisceau est incident `a 7◦ par rapport `a la normale de l’´echantillon et le d´etecteur est plac´e `a 10◦. Sur les images de gauche, les d´epˆots ont ´et´e obtenus par pulv´erisation tandis qu’`a droite ils ont ´et´e obtenus par ´evaporation. L’analyse a ´et´e faite `
a l’aide de simulations SIMNRA [70].
Les graphiques (a), (b) et (c) pr´esentent les d´epˆots sur c-Si. Apr`es analyse, les ´epais- seurs de Ni vont de 0.3 `a 28.0 nm. L’ajustement des simulations s’est fait en ajoutant des impuret´es dans la couche et en consid´erant une rugosit´e, selon SIMNRA, `a l’inter- face Ni/Si. L’ajustement sugg`ere la pr´esence de 1.5 `a 2 % d’impuret´es dans les d´epˆots par ´evaporation et de 4 `a 8 % dans les d´epˆots par pulv´erisation, en accord avec l’ana- lyse ERD-TOF. Avec les param`etres de mesure mentionn´es plus haut nous ne pouvons pas identifier la nature des impuret´es. Cependant, d’autres mesures faites `a ´energie plus ´elev´ee (non montr´ees) ont permis de r´ev´eler, grˆace aux collisions nucl´eaires, la pr´esence d’oxyg`ene. Concernant la rugosit´e, comme nous l’avons d´ej`a mentionn´e `a la section3.8.1, le logiciel SIMNRA ne simule qu’une distribution en ´epaisseur de la couche, il ne fait pas la diff´erence entre la rugosit´e et l’interdiffusion. Or, comme on le verra plus loin par TEM (voir section5.2.3), les couches d´epos´ees ont une ´epaisseur homog`ene, sans rugosit´e significative. De ce fait, nous devons interpr´eter la rugosit´e SIMNRA comme un m´elange des ´el´ements `a l’interface. Elle est param´etr´ee par la largeur `a mi-hauteur (LMH) de la
Figure 5.2 – Profils de composition des ´echantillons de contrˆole obtenus par r´etrodiffusion Rutherford. En (a) et (c), les d´epˆots sont obtenus par pulv´erisation, en (b) et (d) par ´evaporation e-beam. Le substrat est du Si(100) pour (a), (b) et (c) et du SiO2 (lamelle de
Figure 5.3 – R´etrodiffusion Rutherford de 8 nm de Ni tels que d´epos´es par pulv´erisation sur un ´echantillon de contrˆole et sur un c-NC.
distribution en ´epaisseur de la couche. On constate alors que plus la couche de Ni est mince plus la LMH est importante par rapport `a l’´epaisseur de la couche. Elle vaut 12 nm pour une couche de 28 nm, 7-9 nm pour une couche de 9 nm et la totalit´e de l’´epaisseur, voire plus, pour une couche de 6 nm ou moins. Ceci sugg`ere que les couches les plus fines sont totalement m´elang´ees d`es le d´epˆot. Pour les simulations des couches de 0.3 et 2.2 nm, le m´elange n’est pas d´eterminable car on atteint la limite de r´esolution en profondeur.
Lorsqu’on trace le nombre de comptes sur une ´echelle logarithmique, deux autres ca- ract´eristiques sont visibles. En premier lieu, on observe une augmentation du nombre de comptes vers 1300 keV pour les d´epˆots obtenus par pulv´erisation (figures (a) et (c)) mais pas pour les d´epˆots par ´evaporation e-beam. On suppose d’abord la pr´esence d’argon, puisqu’il peut provenir de la pulv´erisation. Cependant, pour que la simulation s’ajuste au spectre, il faudrait qu’il soit enfoui entre 40 et 100 nm dans le c-Si, ce qui semble improbable. De plus, l’Ar n’est pas d´etect´e par ERD-TOF (voir Figure 5.1 `a gauche). La pr´esence de Cl en surface est une autre possibilit´e. En simulant une fine couche de
surface d’environ 0.4 nm, les isotopes 35Cl et 37Cl forment alors deux pics qui s’ajustent
tr`es bien au spectre entre les ´energies 1250 et 1350 keV (voir la simulation 17.5 nm `a la Figure 5.2 (c)). Nous devons conclure que seuls les ´echantillons par pulv´erisation ont ´et´e contamin´es, probablement lors des manipulations ex situ. Ensuite, la deuxi`eme caract´eris- tique mentionn´ee est un l´eger ´epaulement accol´e au pic de Ni, du cˆot´e des faibles ´energies, d´esign´e par une fl`eche blanche sur les figures (a) et (c). Nous avons fait des mesures RBS `
a diff´erentes ´energies (He+ `a 800, 1500 et 2000 keV) afin d’identifier la nature de l’´el´ement
impliqu´e. Ces mesures sugg`erent d’une part la pr´esence de Ni et d’autre part qu’il diffuse en faible quantit´e dans le c-Si, `a des profondeurs allant jusqu’`a 180 nm. Cet ´epaulement doit ˆetre diff´erenci´e des ph´enom`enes de dispersion en ´energie ou de collisions multiples, la simulation de ces derniers reproduisant tr`es mal le spectre mesur´e. La seule fa¸con d’ajuster convenablement la simulation est d’ajouter de 0.1 `a 0.3 % de Ni dans le Si, et souvent de laisser une r´egion vierge sous le d´epˆot de Ni. Ce ph´enom`ene est pr´esent, ind´ependamment de la technique de d´epˆot et du substrat (´echantillon de contrˆole ou c-NC). Son origine n’est pas claire. Cependant, nous savons que la solubilit´e du Ni est quasiment nulle dans le Si intrins`eque `a temp´erature ambiante [91], sa diffusion ne peut se produire que si elle est facilit´ee, par exemple, par la pr´esence de d´efauts.
Concernant les ´echantillons de la s´erie A en Figure 5.2 (d), les pics associ´es au Ni et au Si amorphe se distinguent bien du substrat. Ce dernier est une lamelle de verre dont la composition a ´et´e d´etermin´ee comme ´etant du SiO2 avec 3 % de K, 1.5 % de Zn, 1 % de Ti
et 0.1 % de Sn. Pour 8.9 et 4.2 nm, la LMH est environ deux fois plus grande que l’´epais- seur d´epos´ee, laissant supposer un m´elange important. Il faut n´eanmoins rester prudent vu l’´epaisseur des couches et le manque d’estimation sur la rugosit´e des lamelles. Quant au taux d’impuret´e, il n’est pas estim´e pour ces ´echantillons. En outre, notons que les d´epˆots de Si et Ni sont r´ealis´es l’un apr`es l’autre, in situ, pour des vides de 5×10−8 Torr. En cons´equence, la contamination devrait ˆetre largement inf´erieure `a celle des s´eries C et M.
Tout au long de ce projet, les ´echantillons de contrˆole ont servi `a caract´eriser les d´epˆots de Ni. Cependant, afin de nous assurer de la conformit´e des d´epˆots entre ´echantillons de
Figure 5.4 – Images X-TEM en champ clair, haute r´esolution, des d´epˆots de 10 nm de Ni sur calorim`etres c-NC. En (a) par pulv´erisation magn´etron, 0.4 ˚A/s, et en (b) par ´evaporation e-beam, 0.8 ˚A/s, les deux `a temp´erature ambiante.
contrˆole et calorim`etres, nous avons proc´ed´e `a une mesure RBS directement sur un calo- rim`etre non recuit. Le d´epˆot est nominalement de 8 nm et a ´et´e produit simultan´ement sur les deux supports. La Figure 5.3 compare les mesures. Pour celle sur c-NC, une fente en laiton bloque partiellement le faisceau d’ion et n’expose que la r´egion du d´epˆot sur la bande c-Si (voir la section 3.8.1 page 33). Le faisceau arrive `a incidence rasante (65◦ de la normale `a la surface) et l’angle de r´etrodiffusion est de 140◦. L’´energie des ions He+
est de 817 keV. On constate quelques diff´erences. Le pic de Ni sur le c-NC est un peu plus ´elev´e et ´etroit que celui de l’´echantillon de contrˆole. Apr`es analyse, on trouve des ´epaisseurs similaires sur c-NC et ´echantillon de contrˆole, soit 8.1 et 7.7 nm. Le m´elange des composants paraˆıt ´egalement plus important pour l’´echantillon de contrˆole.