Syst`eme h´elium/lacunes/auto-interstitiels

Dans cette section, l’effet des auto-interstitiels de silicium sera mis en ´evidence. Lors- qu’un auto-interstitiel rencontre une lacune, les deux d´efauts s’annihilent. Ce m´ecanisme

Chapitre IV. M´ecanismes de formation et d’´evolution des bulles d’h´elium dans le silicium : approche champ moyen

Figure. IV.15 – Ratio moyen He/V en fonction du nombre de lacunes dans l’amas pour diff´erents temps de recuit `a 1000 K, pour un syst`eme comprenant une concentration de 5 × 1020 _lacunes.cm−3 _{et 5 × 10}20 _He.cm−3

s’appelle la recombinaison. L’´energie de migration d’un auto-interstitiel (0,07 eV [122]) ´etant plus faible que l’´energie de migration d’une lacune (0,3 eV [119]), les interstitiels migrent `a plus basse temp´erature. Ces derniers vont donc se recombiner avec les lacunes globalement plus vite que celles-ci ne s’agglom`erent entre elles (les interstitiels peuvent ´egalement s’agglom´erer entre eux). Les interstitiels sont donc un frein au grossissement des bulles.

Du fait de la recombinaison, le taux de V1 disponibles au cours du recuit pour faire

grossir les amas est modifi´e de mani`ere significative compar´e au syst`eme pr´ec´edent o`u le nombre total de lacunes restait constant. La concentration de mono lacunes V1 au

cours du temps de recuit est pr´esent´ee en figure IV.16a, pour une concentration initiale de 1, 6 × 1021 _lacunes.cm−3 _{et 1, 6 × 10}21 _{interstitiels.cm}−3 _{pour diff´erentes concentra-}

tions d’h´elium. Plus la concentration initiale d’h´elium est ´elev´ee, et plus le taux de V1 est

IV.2 ´Etude des m´ecanismes de formation des bulles

viduelles. De la mˆeme mani`ere que pr´ec´edemment, la concentration de V1 plus faible dans

le cas d’une concentration d’h´elium de 1, 6 × 1021 _He.cm−3 _{entraˆıne un volume moyen plus}

petit des amas. Avec la recombinaison, il est int´eressant de suivre l’´evolution du nombre to- tal de lacunes en fonction du temps de recuit. Cette ´evolution est montr´ee en figure IV.16b. Nous pouvons remarquer que lorsque le syst`eme ne contient aucun atome d’h´elium, la concentration totale de lacunes chute drastiquement pour des temps de recuit sup´erieurs `a 10 s. Cette chute se retrouve ´egalement pour les syst`emes contenant de l’h´elium, mais cette derni`ere est beaucoup moins marqu´ee, confirmant le fait que les atomes d’h´elium viennent stabiliser les lacunes. En ce qui ne les diff´erences (contre-intuitives) observ´ees entre les deux concentrations d’h´elium pour des longs temps de recuit, d’autres calculs se- raient n´ecessaires afin de comprendre la potentielle tendance en fonction du taux d’h´elium pr´esent dans le syst`eme.

Figure. IV.16 – a) Concentration de V1 en fonction du temps de recuit (1000 K). b)

Concentration totale de lacunes en fonction du temps de recuit (1000 K). Les concentra- tions initiales de d´efauts sont indiqu´ees sur la figure.

Afin de bien comprendre l’effet de l’h´elium et des interstitiels sur la distribution finale, une comparaison est r´ealis´ee entre des syst`emes compos´es uniquement de lacunes, de lacunes et d’interstitiels, de lacunes et d’h´elium, et un syst`eme comprenant les trois types de d´efauts. Le cas interstitiels et h´elium uniquement n’est pas int´eressant pour notre ´etude des bulles puisque l’´ejection d’interstitiels (permettant de faire grossir les bulles) n’est pas pris en compte dans le mod`ele et donc il n’y aurait pas de lacunes dans le syst`eme (et encore moins de bulles). Les diff´erents cas sont repr´esent´es en figure IV.17.

Chapitre IV. M´ecanismes de formation et d’´evolution des bulles d’h´elium dans le silicium : approche champ moyen

Le syst`eme est cette fois-ci compos´e de 5 × 1020 _lacunes.cm−3_{, 5 × 10}20 _h´elium.cm−3

ainsi que 5 × 1020 _{interstitiels.cm}−3 _{et est recuit `a une temp´erature de 1000 K pendant}

360 s. Suite `a des probl`emes techniques, il n’a pas ´et´e possible de consid´erer la mˆeme concentration que pr´ec´edemment, ni de mod´eliser un recuit d’une heure. Cependant, l’effet montr´e est suffisamment fort pour pouvoir ˆetre g´en´eralis´e. Nous pouvons remarquer que les tailles d’amas finales sont bien plus petites dans le cas o`u le syst`eme contient des interstitiels, du fait des recombinaisons. N´eanmoins, nous pouvons ´egalement noter que la distribution est d´ecal´ee vers les plus grandes tailles dans le cas o`u l’h´elium est ´egalement pr´esent dans le syst`eme (compar´e au syst`eme lacunes et interstitiels). Les atomes d’h´elium pr´esents dans les bulles entraˆınent une augmentation du nombre total de lacunes dans le syst`eme, compar´e au cas o`u le syst`eme ne contient pas d’h´elium. L’effet de l’h´elium sur les distributions finales est alors clairement mis en ´evidence lorsque l’on consid`ere les trois types de d´efauts.

Figure. IV.17 – Concentration d’amas en fonction du diam`etre de l’amas pour des syst`emes recuits `a 1000 K pendant 6 min.

IV.2 ´Etude des m´ecanismes de formation des bulles

taille des amas, mais diminuent consid´erablement les concentrations obtenues, suite `a des recombinaisons avec les lacunes. Dans le cas de syst`emes contenant les trois types de d´efauts, il est important de noter que le syst`eme comprend plus de lacunes lorsqu’il contient des atomes d’h´elium. Une hypoth`ese pourrait ˆetre que l’h´elium ”empˆeche” la recombinaison, mˆeme si rien dans le code ne permet directement cet aspect.