Sur le modèle du silicium [180,181], des co-implantations ont été entreprises durant la phase de recherche de bullage. Une seconde dose d'hydrogène a parfois été implantée mais ces essais ont na- lement été abandonnés après l'identi cation du bullage en utilisant uniquement de l'hydrogène. Les espèces utilisées sont l'hydrogène, l'hélium et le bore. Inerte chimiquement, l'hélium pourrait appor- ter un excédent gazeux facilitant la formation d'une fracture et le bore pourrait constituer une zone localisée de piégeage de l'hydrogène. Les conditions d'implantation choisies sont récapitulées dans le tableau 2.14. Seules des plaquettes LakeDiamond sont employées ici pour des raisons de disponibilité. Tableau 2.14 Tableau récapitulatif des essais de co-implantation par implantation hydrogène, hélium et bore. Un recuit à 1000 °C pendant 1 h est eectué post-implantation 1 et 2. DV est la densité de
lacunes calculée à 0 K par simulation SRIM.
Espèce Énergie (keV) Dose 1 (cm=2) D
V 1 (cm=3) Dose 2 (cm=2) DV 2 (cm=3) B+ 220 1 × 1014 1,13 × 1021 / / H+ 60 8 × 1016 3,2 × 1022 / / B+ 220 1 × 1015 1,13 × 1022 / / H+ 60 8 × 1016 3,2 × 1022 / / B+ 220 1 × 1014 1,13 × 1021 / / H+ 60 / / 2,3 × 1017 9,2 × 1022 B+ 220 1 × 1015 1,13 × 1022 / / H+ 60 / / 2,3 × 1017 9,2 × 1022 He+ 90 1,4 × 1015 4 × 1021 / / H+ 60 1 × 1016 4 × 1021 2,3 × 1017 9,2 × 1022
Les simulations SRIM de chaque espèce sont données en gure 2.74. Les énergies d'implantation sont choisies pour implanter toutes les espèces à la même profondeur. Les doses ont été choisies pour rester proche du seuil d'amorphisation de la littérature. En eet, au moment où ces études ont été réalisées, la recherche de bullage se faisait encore sur le modèle du silicium où l'amorphisation est évitée.
Figure 2.74 Pro ls des dégâts d'implantation simulés à 0 K avec SRIM pour une implantation hydrogène à 60 keV à une dose de 1 × 1016cm=2 (en noir), bore à 220 keV à une dose de 1 × 1015cm=2
CHAPITRE 2. LA RECHERCHE DE PROCÉDÉS DE BULLAGE DU DIAMANT Aucun des cas étudiés ici ne donne du bullage utilisable dans le cadre d'un transfert de lm. L'imprécision SRIM sur l'implantation hydrogène n'a pas été prise en compte à ce moment-là de l'étude et un ajustement des énergies d'implantation de l'hélium ou du bore (pour déplacer le maximum du pro l aux alentours de 400 nm de profondeur) pourraient améliorer les résultats obtenus. L'apparition de bullage parasite (qui a exfolié), photographié au microscope optique ( gure 2.75) est néanmoins à noter sur tous les échantillons ré-implantés H+ à 2,3 × 1017cm=2.
Figure 2.75 Microscopie optique de la surface de diamants co-implantés hélium/hydrogène (à gauche) et bore/hydrogène (à droite), recuits, ré-implantés hydrogène et recuits de nouveau. Les diérentes zones sont schématiquement séparées pour des traits en pointillé et leurs conditions d'implantation respectives sont indiquées. Les barres d'échelle en bas à droite de chaque image représentent 500 µm. Le bullage parasite qui a exfolié est visible.
Il est di cile de conclure avec certitude quant à ces essais préliminaires. La présence de bullage parasite est peut-être le signe qu'un bullage systématique pourrait être obtenu en augmentant encore les dégâts subis par le diamant. En eet, dans tous les cas testés, les premières implantations n'engendraient probablement pas su samment de défauts pour enclencher le mécanisme d'amorphisation, qui semble pourtant indispensable dans le cas de l'obtention de bullage uniquement avec de l'hydrogène. Ceci pourrait donc être une piste d'exploration future.
CHAPITRE 2. LA RECHERCHE DE PROCÉDÉS DE BULLAGE DU DIAMANT
2.4.2 Implantation à deux énergies
Dans l'optique d'optimiser les conditions de bullage en implantant uniquement de l'hydrogène, la friabilité des deux interfaces cristal/amorphe a inspiré un essai d'implantation alternatif. Après une première implantation hydrogène à 60 keV et un recuit su sants pour amorphiser le diamant, une seconde implantation hydrogène à plus faible énergie est eectuée pour implanter directement la grande majorité des ions à l'interface haute cristal/amorphe, tel qu'illustré par la simulation SRIM, gure2.76.
Figure 2.76 Pro ls d'implantation hydrogène 1,5 × 1017cm=2 à 60 keV (en rouge) et 2,3 × 1017cm=2
à 45 keV (en bleu) simulés par SRIM.
L'énergie de la seconde implantation à 2,3 × 1017cm=2 est donc xée à 45 keV pour décaler le pic
d'hydrogène d'environ 50 nm, soit la demi largeur de la zone amorphe après la première implantation à 1,5 × 1017cm=2.
Aucune bulle ou exfoliation n'est observée à la surface de l'échantillon ( gure 2.77). Notons que l'échantillon recuit possède des re ets bleu-violet, couleur diérente du cas des implantations à 60 keV, peut-être en raison de la diérence de profondeur et d'épaisseur de la zone amorphe.
Figure 2.77 Microscopie optique de la surface d'un diamant implanté à 1,5 × 1017cm=2 à 60 keV,
recuit, ré-implanté à 2,3 × 1017cm=2 à 45 keV et recuit de nouveau. La barre d'échelle en bas à droite
représente 200 µm. Des particules (en noir) ainsi qu'un défaut inexpliqué (au centre de l'image) sont visibles.
CHAPITRE 2. LA RECHERCHE DE PROCÉDÉS DE BULLAGE DU DIAMANT Il est possible qu'en visant l'interface haute, les deux implantations sont trop distantes et ne se superposent pas ou très peu. Une grande partie des ions est alors implantée dans la partie encore cristalline et contribue donc à sa transformation de façon analogue à ce qui est observé lors de la première implantation. Après clivage et observation en tranche au MEB, gure 2.78, une large zone implantée se dessine avec une ne zone de séparation au centre.
Figure 2.78 Image MEB d'un échantillon clivé après implantation à 1,5 × 1017cm=2 à 60 keV,
recuit, ré-implanté à 2,3 × 1017cm=2 à 45 keV et recuit de nouveau. Les mesures d'épaisseur du lm
(H1) et de la zone implantée (H2 et H3) sont indiquées.
Notons que le décalage de 50 nm des implantations est bien obtenu malgré l'imprécision de SRIM puisque le lm de diamant ne fait plus 300 nm d'épaisseur mais 250 nm. La démarcation indiquée sur la gure2.78sépare une zone d'environ 120 nm (H3) d'épaisseur d'une seconde d'environ 170 nm (H2-H3). Ces deux épaisseurs correspondent respectivement à l'épaisseur d'amorphe formée post-implantation à 1,5 × 1017cm=2 (repéré en TEM après recuit, voir gure 2.17) et post-implantation à 2,3 × 1017cm=2
(voir simulation SRIM, la gure2.61).
Obtenir du bullage en visant une des deux interfaces fragiles cristal/amorphe créées lors d'un premier jeu d'implantation/recuit nécessiterait donc de rapprocher les deux implantations et de viser un décalage de moins de 50 nm. Il serait peut être également plus avantageux de viser l'interface la plus profonde a n de préserver le lm de diamant.
CHAPITRE 2. LA RECHERCHE DE PROCÉDÉS DE BULLAGE DU DIAMANT
2.4.3 Implantation dans une couche dopée
A n d'explorer le comportement engendré par la double combinaison d'implantation et de recuit dans plusieurs substrats, les trois doses largement étudiées précédemment (5 × 1016, 1,4 × 1017 et
3 × 1017cm=2) sont implantées dans une couche dopée avec du bore (5 × 1020cm=3, p++) de 500 nm
d'épaisseur. Les colorations après recuit sont les mêmes que dans le cas du diamant intrinsèque (voir gure2.79), ce qui laisse penser que les mécanismes d'amorphisation sont semblables.
Figure 2.79 Microscopie optique de la surface d'une couche de diamant dopée p++ et séparée en quatre zones. De gauche à droite : non implanté, implanté hydrogène à 5 × 1016, 1,4 × 1017 et
3 × 1017cm=2. La plaquette est recuite. La barre d'échelle en bas à droite représente 500 µm. Une
importante exfoliation est visible à droite de l'image, dans la zone implantée à 3 × 1017cm=2. Des
particules (en noir) sont également visibles.
Un grand nombre de complexes B-H devrait se former puis se dissocier pendant le recuit. Deux exfoliations apparaissent dans la zone fortement implantée. La première, non montrée sur la gure
2.79, d'apparence sombre, est profonde de 300 nm. La seconde, visible sur la gure 2.79, d'apparence claire, est profonde de 500 nm. Ces mesures de profondeurs sont cohérentes avec les observations faites dans le diamant intrinsèque et correspondent très certainement aux deux interfaces cristal/amorphe. Néanmoins, l'absence de bullage sur le reste de la surface laisse penser que si l'hydrogène est libéré par dissociation des liaisons B-H, il est majoritairement capté par des défauts plus stables.
En n, le diamant est uniformément ré-implanté à 2,3 × 1017cm=2 et recuit de nouveau pour tester
la fenêtre de bullage systématique donnée en gure 2.52. Il apparaît, d'après la gure 2.80, que cette fenêtre semble être identique dans une couche dopée puisque seules les zones implantées à 1,4 × 1017+
2,3 × 1017cm=2et à 3 × 1017+ 2,3 × 1017cm=2sont pourvues d'exfoliations, particulièrement étendues
dans la zone la plus fortement implantée. La surface de la zone implantée à 5 × 1016 + 2,3 × 1017cm=2
reste "intacte", en cohérence avec la fenêtre de bullage de la gure 2.52.
Les exfoliations apparues durant le second recuit dans la zone implantée à 1,4 × 1017 puis à
2,3 × 1017cm=2 se situent en moyenne à 380 nm de profondeur, ce qui est également cohérent avec
les observations faites dans le diamant intrinsèque ( gure 2.62). En revanche, les exfoliations dans la zone fortement implantée sont plus profondes que celles observées dans le diamant non dopé. La tran- sition entre la couche dopée et le substrat intrinsèque du dessous, qui coïncide ici avec l'interface basse cristal/amorphe créée par l'implantation, pourrait constituer une interface préférentielle de détache- ment, plus particulièrement à forte dose. D'autres essais sont nécessaires pour con rmer ou in rmer cette hypothèse.
CHAPITRE 2. LA RECHERCHE DE PROCÉDÉS DE BULLAGE DU DIAMANT
Figure 2.80 Microscopie optique de la surface de la couche de diamant dopée p++ de la gure
2.79, ré-implantée uniformément à 2,3 × 1017cm=2 et recuite de nouveau. La barre d'échelle en bas
à droite représente 500 µm. Des exfoliations sont visibles dans les zones implantées à 1,4 × 1017 +
2,3 × 1017cm=2 et à 3 × 1017 + 2,3 × 1017cm=2.