Il est maintenant nécessaire de préciser les cinétiques et les mécanismes de dissolution et de précipitation, ainsi que l'état et la répartition du gaz dans le réseau. Ces éléments devraient permettre d'accéder à une meilleure compréhension du rôle que jouent les gaz rares dans l'évolution d'une population de lacunes.
[I] V. LEVY, M. CHARLES, J. HILLAIRET Phil. Mag. 28^, 2, 481, 1973 [2] M. CHARLES
Thèse 1973
[3] M. CHARLES, C. MAIRY, J. HILLAIRET, V. LEVY Phil. Mag. A paraître, 1974
2.1.2 - Alliages
2.1.3 - Semi-conducteurs
Analyse et localisation de l'hydrogène (E. LIGEON)
Les études de diffusion de l'hydrogène, dans les solides sont f a i t e s habituellement en mesurant la quantité globale d'hydrogène contenue dans les é c h a n t i l l o n s . Avec les réacticns nucléaires induites par des "ions lourds" de basse énergie, nous améliorons ces mesures en déterminant la quantité d'hydrogène contenue dans des couches
0
d'épaisseur inférieure à 5000 A. La résolution en profondeur est
o
de l'ordre de 400 A. De plus, ces faisceaux d'ions lourds, permettent d'utiliser les méthodes de canalisation et de localisation pour étudier un monocristal chargé en hydrogêne.
Principe et appareillage expérimental
Lo sque l'on bombarde certains éléments par des protons, on observe des réactions nucléaires donnant lieu â une émission de particules chargées ou de rayonnements y.
Particule accélérée
Noyau c i b l e
P a r t i c u l e s s o r t a n t e s d é t e c t é e s p o u r l ' a n a l y s e
Noyau r é s i d u e l
+ + + +
Li
7L i
19T
'He
lHe
+ + + +
Y Y Y Y
He
Se
8 4 4 + Be-f He+ He
16„
TABLEAU 1
Le nombre d e p a r t i c u l e s s o r t a n t e s d é t e c t é e s Ns e s t d i r e c t e m e n t p r o p o r t i o n n e l au nombre de noyaux c i b l e ( c a s d ' u n e c i b l e m i n c e ) . La r é a c t i o n n u c l é a i r e r e s t e i d e n t i q u e ( d a n s l e s y s t è m e du c e n t r e de masse) s i l ' o n a c c é l è r e l e "noyau c i b l e " (du t a b l e a u 5) s u r d e s p r o t o n s au r e p o s . Ns s e r a d a n s ce c a s p r o p o r t i o n n e l au nombre d ' a t o m e s d ' h y d r o g è n e de l a c i b l e .
La r é a c t i o n H ( T5,a) a a q u i p r é s e n t e une r é s o n a n c e de 66 keV d e l a r g e à E TJ = 1793 keV e s t c e l l e que nous j u g e o n s l a p l u s i n t é r e s s a n t e . F.n e f f e t :
- C e t t e r é a c t i o n se p r o d u i t à b a s s e é n e r g i e ( E * ' B &• 2 MeV) . - En d é p l a ç a n t l a p o s i t i o n de l a r é s o n a n c e d a n s l ' é c h a n t i l l o n
(en f a i s a n t v a r i e r l ' é n e r g i e d e s i o n s b o r e i n c i d e n t s ) i l e s t
e
p o s s i b l e d ' e x p l o r e r une c o u c h e h y d r o g é n é e de 5000 A d ' é p a i s s e u r
0
avec une r é s o l u t i o n en p r o f o n d e u r de 300 à 400 A.
Comme i l n ' y a p a s de r é a c t i o n s de c o m p é t i t i o n , nous a v o n s une bonne s e n s i b i l i t é , pour l a c o u c h e d e s u r f a c e d e s é c h a n t i l l o n s . On peut a l o r s m e s u r e r d e s q u a n t i t é s d ' h y d r o g è n e c o r r e s p o n d a n t à u n e é p a i s s e u r é q u i v a l e n t e en eau de j?- de monocouche. C e p e n d a n t , p o u r une p r o f o n d e u r s u p é r i e u r e à 400 A 1a s e n s i b i l i t é depend de l ' é p a i s s e u r de l a couche de s u r f a c e . Par exemple on p e u t é v a l u e r l a l i m i t e d e d é t e c t i o n en p r o f o n d e u r à 300 ppm pour d e s é c h a n t i l l o n s a y a n t a b s o . • une mono-couche d ' u n composé h y d r o g é n é . La r é d u c t i o n d e l ' é p a i s s e u r de |,i couche de s u r f a c e e s t donc un p r o b l è m e i m p o r t a n t .
E x p é r i m e n t a l e m e n t , le f a i s c e a u de b o r e e s t o b t e n u avec l ' a c c é l é r a t e u r Van de G r a a f f 2 MeV. On i n t r o d u i t du BF3 d a n s la source, h a u t e f r é q u e n c e e t l ' i n t e n s i t é du f a i s c e a u a c c é l é r é e s t de l ' o r d r e de 0 , 3 u A / c m2.
R é s u l t a t s obtenus
Pour v é r i f i e r l a t h é o r i e de Lindhard concernant l e pouvoir d ' a r r ê t des protons de f a i b l e é n e r g i e , nous avons mesuré l a p é n é t r a t i o n des protons implantés dans du s i l i c i u m . Le r é s e a u de courbes f i g u r e 8 indique la v a r i a t i o n du nombre de p a r t i c u l e s Ot de la r é a c t i o n nB + P •+ a + 8Ite , en f o n c t i o n de l ' é n e r g i e des ions Bore i n c i d e n t s . Chaque courbe p r é s e n t e deux maxima c o r r e s p o n d a n t s à deux maxima de c o n c e n t r a t i o n en hydrogène. Le premier (vers l e s b a s s e s é n e r g i e s ) e s t l i é à l a p r é s e n c e d e l a couche de s u r f a c e , t a n d i s que l e second se trouve à l a profondeur â l a q u e l l e l e s ions hydrogène ont é t é i m p l a n t é s . L ' é c a r t mesuré e n t r e l e p i c de s u r f a c e e t c e l u i en profondeur e s t en première approximation p r o p o r t i o n n e l au parcours des ions i m p l a n t é s .
T«» w» âoô zm ma a » uoô e« K«V' '
U5URFACE ( 1793 K«V ) TH»
F1g. 8 - Courbe d'excitation de la réaction nB • p •*• a * •&•!
obtenue sur des échantillons de sWclu» Implantés avec de l'hydrogène a différentes énergies.
tC M JO ID SO E l K t V )
F i g . 9 - Parcours des protons implantés en fonction de l ' é n e r g i e d'implantation
Théorie L S S
— o — Parcours mesuré dansle cas du silicium polyeristall in
— x — Parcours mesuré dans le cas du silicium monocristal lin Implantation perpendiculaire au plan de taille 100 du Silicium.
Sur la figure 9, nous avons représenté les parcours mesurés pour du silicium monocristallin (suivant l'axe 100) et pour du silicium polycristallin. De ces résultats on peut déduire qu'il est
nécessaire d'accroître le pouvoir d'arrêt théorique des protons à basse énergie.
Des ions bore de faible énergie peuvent facilement être canalisés afin d'étudier la localisation de l'hydrogène dans un monocristal . Nous avons vérifié que le nombre de défauts créés pa-." le faisceau d"analyse était négligeable, étant donné la sensibilité de la méthode de canalisation. Sur la figure 10, nous avons tracé la courbe de canalisation relative au réseau cristallin et à l'impureté hydrogène en utilisant un faisceau d'ions BoTe pour l'analyse. Ces expériences de canalisation nous permettent actuellement de conclure que :
- Le pouvoir d'arrêt du silicium pour des ions bore d'énergie compris*' entre I ,f> MeV et 2,2 Mev vaut ~~ - 1 MA F eV ± 50 keV/y.
(A
g
a vxj u
k
E
O
9 = 135"40
. EnB=1965KeV|
B Retrodiffuses sur Si
Reaction
v. H("B,«)«Be
* I 1 1 I 1 •-» 1—
65* 67* 69* 7f 73* f
a
230 KeV
1800
HORS CANAUSATON
172 KeV
- l « -
1900 1965 2000
^"B) KeV
Fig. 10 - Experiences de canalisation d'un faisceau de
nB dans un monocristal de silicium.
10. a
10.b
mesure simultanée du taux de comptage des ions
UB rétrodiffusés et des particules a de la réaction H( 'B.a) Pe*^ en fonction du balayage angulaire courbe d'excitation de la réaction précédente tracée suivant la direction <110> et la direction hors canalisation.
On obtient
mrapport ^ S ^ g ^ f f r f • 0,75
On a mesuré également que dE
dT
(en canalisé) dEdx
(hors canalisation) 0,75- Le pic de défauts dus à l'implantation de l'hydrogène se trouve a une profondeur 10 X plus faible que le pic des ions implancés. Ces défauts décanalisent l e faisceau d'analyse e t la l o c a l i M t i o n de
l'hydrogène est d i f f i c i l e . La localisation après réorganisation du c r i s t a l par recuit n ' e s t pas possible car nous avons v é r i f i é que l'hydrogène diffuse rapidement au-dessus de 600*C. Des processus de chargement cathodique ou thermique devront î t r e u t i l i s é e .
Ces premiers r é s u l t a t s permettent d ' e n v i s a g e r l e s expériences suivantes :
- Recherche des paramètres qui c o n t r ô l e n t l a formation des couches absorbées. L ' u t i l i s a t i o n du deuterium comme marqueur,
a Ue l ' o n peut analyser facilement par l a r é a c t i o n n u c l é a i r e D(3He,P)'*He, d e v r a i t f a c i l i t e r la mesure de l a v i t e s s e de
c r o i s s a n c e de ces couches suivant d i v e r s t r a i t e m e n t s ( d é s o r p t i o n , n e t t o y a g e , vide e t c . . . ) .
- Comparaison de l a d i f f u s i o n de l'hydrogène e t du deuterium dans des métaux (comme l e n i c k e l ) pour l e s q u e l s des processus de d i f f u s i o n quantique ont é t é avancés.
- Comparaison des d i v e r s processus de chargement des matériaux en hydrogène, (cathodique, thermique, i m p l a n t a t i o n ) ,
D'une manière p l u s générale on peut d i r e que c e t t e méthode
d ' a n a l y s e se p r ê t e bien à des études se r a p p o r t a n t à l ' h y d r u r a t i o n des matériaux.
2.1.4 - Cristaux ioniques
Etude par double résonance ELDOR et R.P.E. sous contrainte uniaxials des processus de réorientation des centres Vy dans MgO à basse température (A. HERVE, G. RIUS)
Le c e n t r e V dans les oxydes d ' a l c a l i n o - t e r r e u x c o n s i s t e en un trou piégé par une lacune de c a t i o n . Dans son é t a t fondamental, ce défaut s u b i t une f o r t e d i s t o r s i o n t é t r a g o n a l e qui l o c a l i s e l e trou sur un des s i x oxygènes adjacents à l a lacune e t , à b a s s e t e m p é r a t u r e , le s p e c t r e de R.P.E. comporte 3 r a i e s , correspondant aux t r o i s
o r i e n t a t i o n s p o s s i b l e s de type <I0O> pour l ' a x e 0 - Iscur.t dan» l e c r i s t a l .
Nous avons montré par des expériences de c o n t r a i n t e u n i a x i a l e que le centre V dans MgO se r é o r i e n t e e n t r e ses d i f f é r e n t e s c o n f i g u r a t i o n s d i s t o r d u e s aux températures de l ' h é l i u m l i q u i d e . Le temps de
r é o r i e n t a t i o n a é t é mesuré grâce â dea e x p é r i e n c e s de Double Résonance Electronique (F.LDOR) !"l-2l.
L ' e f f e t d ' a p p l i q u e r à 4,2 K une c o n t r a i n t e u n i a x i a l e l e long d'un axe cubique du c r i s t a l est montré sur la f i g u r e 11.
