Dans cette section du mémoire, les implantations d’atomes d’or d’environ 10 keV sont effectuées sur des échantillons de GST qui ont préalablement été balayés en température au- delà de la température de cristallisation. Les mesures sont exposées à la figure5.6. Les films sont implantés à 1012, 1013 et 1014 Au/cm2, soit les mêmes fluences utilisées précédemment.
Le but est de comparer la relaxation du matériau GST à l’état initial amorphe et cristallin, mais endommagé par bombardement ionique.
On observe dans la figure5.6que le verre GST, tel que déposé, relâche de la chaleur avant la transition vitreuse [courbe noire – ligne de base sans dépôt]. On peut également remarquer ce comportement dans la figure 5.3 (b). Ce relâchement de chaleur se manifeste toujours à la même température indépendamment de l’état structural de l’échantillon. L’amplitude de la chaleur relâchée par le matériau GST après dépôt est similaire à celle qu’elle éjecte lorsqu’implanté à une fluence de 1012 Au/cm2, et ce, juste avant la transition vitreuse. Il
est possible que les mécanismes de relaxation de la couche mince soient analogues sur cette plage de température, bien que le niveau de désordre dans la structure soit dissemblable. En effet, la dynamique moléculaire nous montre que l’implantation à de faibles fluences produit des zones très locales fortement hors-équilibre alors qu’on s’attend, pour la couche telle que déposée, à un état structurel plus uniforme. Pourtant, le relâchement de chaleur est semblable. Ainsi, tout ce que la chaleur relâchée nous permet d’affirmer c’est que dans les deux cas, on a affaire à une multitude de barrières d’activation et une dé-corrélation de ceux-ci avec l’énergie relâchée, mais sans pouvoir en dire davantage sur les mécanismes précis qui sont impliqués.
Les courbes en noir de la Fig. 5.6 (a) montrent clairement la transition vitreuse (bosse vers le haut) qui précède la cristallisation (pic vers le bas). Pour les fluences d’implantation utilisées, le dpa est situé entre 0.01 et 0.47. On se serait attendu à ce que l’implantation,
0 50 100 150 200 250 T (°C) -8 -6 -4 -2 0 2 4 Heat flow (J/K) #10-7 GST:225 moyenne implantation 1012 to 1014 10ms: 1012 Au / cm2 L. B. 10ms: 1013 Au / cm2 L. B. 10ms: 1014 Au / cm2 L. B. 10ms: 1012 Au / cm2 L. B. depot 10ms: 1013 Au / cm2 L. B. depot 10ms: 1014 Au / cm2 : T c= 217°C y=0 sansimplan L. B. : Tc= 228°C sans implan. L. B. depot : Tc= 228°C
(a) Moyenne des expériences d’implantations d’atomes Au dans une couche mince GST cristalli- sée à des fluences d’implantation de 1012 (courbe
en verte), 1013 (courbe bleue) et 1014 (courbe
rouge). La courbe en noir est celle mesurée après le dépôt du matériau. 50 100 150 200 250 T (°C) -10 -5 0 5 Heat flow (J/K) #10-8 GST:225 moyenne implantation 1012 - 1014 10ms: 1012 Au / cm2 L. B. depot 10ms: 1013 Au / cm2 L. B. depot 10ms: 1014 Au / cm2 : T c= 205°C
sans implan. L. B. depot : Tc= 217°C y=0
10ms: 1012 Au / cm2 L. B. depot 10ms: 1013 Au / cm2 L. B. depot
10ms: 1014 Au / cm2 : T c= 217°C
sans implan. L. B. depot : Tc= 228°C
(b) Superposition des résultats de relaxation du GST. On observe que la couche présente de nou- veau le processus de cristallisation quand elle est implantée à 1014 Au/cm2. Quand la fluence est de
1012, l’amplitude de la chaleur relâchée, par le sys-
tème, est constante sur une certaine plage de tem- pérature. À 1013ions/cm2, il est difficile de certifier
que la chaleur rejetée par le GST à la forme d’un plateau. Pour départager les résultats des deux ex- périences, l’une d’elles est représentée en trait dis- continu.
Figure 5.6. Thermogramme des expériences d’implantation d’or à différente fluence dans une couche mince GST de 32 nm cristallisée afin d’étudier le phénomène de relaxation.
si elle amorphise le matériau, permette de retrouver la bosse de la transition vitreuse. Or, les courbes vertes, bleues et rouges (respectivement pour des fluences de 1012, 1013 et 1014
Au/cm2) présentent un relâchement de chaleur associé à la relaxation, mais aucunement de
pic relié à la transition vitreuse. En supposant que l’implantation d’ions Au d’environ 10 keV génère des régions amorphes similaires à des cylindres de 3 nm de rayon dans le film de GST, la fluence à partir de laquelle les régions isolées (cylindres) se recouvrent est estimée à 3 × 1012 ions/cm2. En fait, pour la fluence la plus élevée, la chaleur relâchée s’apparente à une
bosse assimilable à de la cristallisation. Il appert donc que dans ce cas, la phase cristalline persiste dans la structure implantée, et agit comme noyau pour une recristallisation sur une plage de température un peu plus large, mais de valeur semblable, un peu au-dessus de 200
◦C. La présence du fond cristallin est causée par le fait que l’énergie du faisceau n’est pas
assez élevée pour amorphiser l’échantillon sur l’intégralité de son épaisseur. Pour un faisceau d’or de 10 - 12 keV, les ions n’atteignent qu’approximativement la moitié de la couche mince (∼ 15 nm).
Le fait que la phase vitreuse n’a pas été retrouvée malgré une fluence importante est peut- être signe de la grande intensité du recuit dynamique à température de la pièce, qui empêche une transition vers la phase vitreuse. On avait déjà eu un aperçu de cette activité quand on a constaté la grande différence de chaleur relâchée suite aux implantations à - 30◦C comparés à
celles à température ambiante (section 5.3.3) : à température de la pièce, il n’est pas possible d’amener le système GST très loin de l’équilibre ; il semble qu’il soit également difficile de le rendre amorphe. Il serait intéressant de répéter cette expérience à basse température : implanter le GST cristallisé à - 30◦C de manière à vérifier si l’implantation arrive à remettre
le système dans son état vitreux.