L'épitaxie dans les lames polycristallines

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L’épitaxie dans les lames polycristallines

O.S. Heavens, L.E. Collins

To cite this version:

658.

L’ÉPITAXIE

DANS LES LAMES POLYCRISTALLINES Par O. S. HEAVENS et L. E. COLLINS.

Université de _{Reading (G. B.).}

Sommaire. - Étude de l’adhésion de lames minces de

Cu, Ag, Au et Al _déposées sur des couches minces de chrome sur verre. La structure des lames, observée par diffraction électronique, suggère une

croissance _épitaxiale. L’adhésion _{augmente lorsque} les distances _{interatomiques} du réseau du métal

superficiel sont peu différentes de celles du chrome. C’est ainsi que les distances interatomiques de _l’Ag, Au et Al ne _{diffèrent pas entre elles de plus} de 1 _pour 100 et l’adhésion de ces couches est nettement meilleure que celle du Cu pour lequel la même distance est d’environ 10 _pour 100 _{plus petite.}

LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM. TOME

_13,

DÉCEMBRE

_19;)2,

PAGE

Introduction. - Nous _avons

indiqué

dans une

publication

précédente

[1]

les résultats d’études relatives à l’adhésion de lames d’aluminium et

d’argent

à un

_support

de verre recouvert d’une lame mince de chrome. On observe un accroissement

prononcé

de l’adhésion des lames

_ajoutées

_lorsque

l’épaisseur

du chrome

_dépasse

environ

_300-400

A. Nous avons émis

_{l’hypothèse}

_{que le fait que les}

rayons

atomiques

de ces métaux sont _presque

égaux

a _{pour résultat la continuation} du réseau du chrome par les métaux

ajoutés,

d’où une adhésion très forte entre les couches.

Des

_expériences

_{supplémentaires}

ont été faites maintenant avec des lames d’or et de cuivre et les

structures des couches de ces métaux ont été

étu-diées par la méthode de diffraction d’électrons. Les

résultats renforcent considérablement _{l’idée que le}

mécanisme est celui de

_{l’épitaxie}

_{polycristalline.}

L’adhésion du chrome au verre. - En _ce

qui

concerne l’adhésion du chrome au verre, on trouve

que celle-ci atteint une haute valeur seulement

quand

la vitesse de condensation

_(nombre

d’atomes par centimètre carré par

seconde)

ne

_dépasse

pas Pour une vitesse

_{plus grande,}

les

couches montrent une forte

_cohérence,

mais elles ont une adhésion faible au verre. Les

_expériences

de Levinstein

_[2]

avec des couches d’antimoine

préparées

à des vitesses

_{d’évaporation}

différentes

montrent un effet semblable. On a

_suggéré

_que,

lors d’une

_{évaporation rapide,}

la tendance des

atomes à former des cristaux surmonte l’influence

anarchique

du substrat. Dans le cas d’une

conden-sation

_lente,

les couches en contact avec le verre sont devenues stables avant

_{qu’arrivent}

assez

d’atomes

_{supplémentaires}

_pour

_permettre

la forma-tions de

_grands

cristaux. Les observations sur les structures des couches de

chrome,

données

ci-dessous,

confirment cette vue.

Les essais d’adhésion avec l’or et le cuivre.

-Les résultats des

_expériences

_{exécutées par} la méthode

décrite dans la communication

_précédente

_{[ 1 ],}

sur

des lames d’or

_évaporé,

sont montrés dans la

_figure

i.

De _{même que dans le} cas de

_l’argent

et de

l’alumi-nium,

l’adhésion

_augmente

considérablement

_quand

l’épaisseur

du chrome atteint la valeur de

_300-400

A.

Aucun effet semblable n’est

_pourtant

observé avec le

_cuivre,

_pour

_lequel

l’adhésion est _presque

complè-tement

_{indépendante}

de la

_présence

de la couche de chrome sur le verre. Il est

_significatif

_{que les}

distances

_{interatomiques}

de

_l’argent,

de l’or et de

l’aluminium ne _{diffèrent pas les} unes des autres de

plus

de i _pour 100, tandis que la valeur pour le cuivre est environ 10 _pour 100

plus

petite.

Les

résultats semblables obtenus avec

l’argent,

l’alu-minium et l’or dans les essais d’adhésion et les

résultats différents pour le cuivre

suggèrent

659

ment que le

phénomène

d’adhésion est

_apparenté

au

_rapport

des distances

_{interatomiques.}

Les structures des couches. - Oliver

[3]

a

étudié des couches

d’aluminium,

déposées

sur du

chrome, par la méthode de diffraction

d’électrons,

avec des résultats peu concluants. Les couches étaient

exposées

à l’air avant

_l’examen,

ce

qui

rendait

pos-sible une contamination

_{atmosphérique. (On}

a

_déjà

remarqué

que

l’augmentation

de l’adhésion est

considérablement réduite

_quand

la couche de chrome

est

_exposée

à l’air avant

_{d’évaporer}

_{l’aluminium.)}

Dans les

_expériences

décrites

_ci-dessous,

les couches

composées

étaient

_préparées

dans la chambre de

spécimen

de

_l’appareil

de

_diffraction,

_{afin que}

le,

risque

de contamination soit évité.

L’observation

_ayant

montré que l’adhésion

dépend

de la vitesse de condensation et de

_{l’épaisseur}

des couches de

chrome,

nous avons examiné d’abord la structure des lames de chrome. La vitesse de

conden-sation a été modifiée en faisant varier la

_température

de la source.

_Quoique

cette méthode modifie aussi la vitesse d’arrivée des

atomes,

le

_changement

n’est pas

grand

pour l’intervalle de

températures

utilisé. Les résultats de ces observations sont donnés dans le tableau I.

_{L’épaisseur}

des couches a été mesurée par la méthode interférentielle de

Tolansky

[4].

TARLEAU 1.

1,’évaluation de la

_grandeur

des cristaux est

approximative

à cause de la

_possibilité

d’un

élar-gissement

des anneaux de diffraction _{par réfraction.}

Dans ce cas, les valeurs estimées seraient

_trop

faibles.

Les résultats

_indiquent

comment la

_grandeur

des cristaux et leur orientation

_dépendent

de la vitesse de condensation. Une condensation lente

_produit

une couche à

_petits

cristaux et sans orientation

préférée;

avec une condensation

_rapide,

on obient

de

_grands

cristaux

_qui

ont l’orientation

₍₁₁₀₎

au

substrat. De

_plus,

on

_observe

_que la

_grandeur

des cristaux

_augmente

_{lorsque l’épaisseur}

_augmente.

La structure des _couches

_{ajoutées (argent,}

aluminium,

etc.).

- La méthode utilisée consistait

à examiner la structure des lames

_d’argent,

d’alu-minium,

d’or et de cuivre

_déposées

dans les condi-tions suivantes :

a. sur verre;

b. sur chrome mince

_(5o

_Â);

c. sur chrome

_épais

_(fioo

_Â).

La vitesse de condensation du chrome était

environ i

_A/s.

Des couches des métaux

_ajoutés

d’épaisseur

environ 2o  ont été d’abord

_déposées

et examinées afin d’observer le

_comportement

des

lames en contact avec le substrat.

_{L’épaisseur}

de la lame

_ajoutée

était ensuite

_{augmentée jusqu’à}

environ 1000

Á,

qui

est

l’épaisseur

utilisée dans les

essais

d’adhésion.

Les couches minces de chrome

étaient formées de cristaux sans orientation et de

grandeur

approximative

20 A. Les couches

épaisses

étaient

_{généralement}

sans

_orientation,

ou

possé-daient une orientation faible

( 110~

et la

grandeur

des cristaux était d’environ Des relevés

microphotométriques

des anneaux obtenus avec

660

pris.

Un résultat

_typique,

obtenu

_après

avoir

_corrigé

pour le fond diffus, est

_indiqué

sur la

_figure

2. La

grandeur

des cristaux

_d’argent

sur une couche mince de chrome ne diffère pas d’une manière

appréciable

de celle obtenue

_{lorsque l’argent}

est

déposé

sur le verre, tandis _que la

_présence

d’une

couche

_épaisse

de

_{chrome . provoque}

la formation de

_grands

cristaux

_d’argent,

même

_quand

l’épais-seur _{moyenne du}

_dépôt

est faible.

Des résultats semblables furent obtenus avec l’or et l’aluminium. Des couches minces de ces métaux

déposées

sur verre ou sur chrome mince

_possèdent

une orientation

_{[or (111);}

aluminium

₍₁₀₀₎

ou,

quelquefois

(311)],

tandis que celles

déposées

sur

chrome

_épais

orienté au hasard sont elles-mêmes orientées au hasard. Les structures des lames

_épaisses

d’argent,

d’aluminium et d’or

_{ajoutées témoignent}

de l’influence de la couche de chrome ci-dessus.

Ainsi,

tandis que les couches

déposées

sur verre ou

sur chrome mince

_possédaient

une orientation

marquée,

celles

_déposées

sur chrome

_épais

orienté

.

au hasard étaient aussi sans orientation

_préférée.

Avec des lames de

cuivre,

les anneaux de

diffrac-tion sont très

_diffus,

_quel

_{que soit le substrat utilisé.} Pour des

_épaisseurs

de 200-300

Á,

les

_dépôts

étaient orientés au hasard

_quand

la vitesse de condensation

était

faible;

pour une condensation

_rapide,

les couches

_possédaient

l’orientation

₍₁₁₁₎

bien

mar-quée,

pour tous les substrats.

Discussion. -

L’observation que les structures

des lames

_d’argent,

d’aluminium et d’or

_dépendent

de la

_présence

d’une couche de chrome à caractère

nettement cristallin

_suggère

_{que les} lames

_ajoutées

croissent

_{épitaxialement}

sur le chrome. A cause des

aires

_{plus grandes}

des facettes cristallines sur

lesquelles

les couches

_ajoutées

_peuvent

croître,

on

pouvait prévoir l’augmentation

d’adhésion

_qui

est

observée

_quand

la dimension des cristaux de la couche de chrome devient

_{appréciable. Quoiqu’il}

soit bien connu _que

_{l’épitaxie}

se

_produit

même

quand

les réseaux des deux

matériaux

possèdent

un écartement de réseau très

_différent,

il est clair que si la différence est

petite,

l’adhésion entre les ,couches sera considérablement

_augmentée.

Dans ce

cas, presque tous les atomes du

_dépôt

sont situés

aux

_{emplacements qui}

seraient

_occupés

_{par les} atomes du substrat si le réseau du substrat se

continuait. Pour le cuivre

_déposé

sur

chrome,

à

cause de la

_grande

différence

d’écartement,

il

_n’y

aurait

_{qu’une petite proportion}

des atomes

_qui

se trouve exactement au-dessus des atomes de chrome. Ainsi l’influence du chrome sur la structure du cuivre

_ajouté

est _{moindre que celle observée} avec les autres métaux examinés

et;

dans ce cas, on s’attend

à une adhésion

_plus

faible.

Manuscrit reçu le 29 juillet 1952.

BIBLIOGRAPHIE.

[1] HEAVENS O. S. 2014 J.

Physique Rad., 1950, 11, 355.

[2] LEVINSTEIN S. 2014 J.

Appl. Phys., 1949, 20, 306.

[3] OLIVER M. 2014 Phys. Rev., 1942, 61, 313.

[4] TOLANSKY S. -

Multiple Beam _{Interferometry, Oxford,}