Quantification et distribution du bore dans le silicium implanté
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Abstract EN:
This work is composed by three parts. In the first part, we have studied theoretically the influence of the temperature on the nucleation rate of precipitates in a supersaturated binary alloy. The more elaborate theory of Zeldovich has shown that the nucleation rate present a single maximum as function of temperature, which is similar to the classical theory of Volmer-Weber. A comparison between those two theories has shown that the regression effects (the supercritical germs can dissolve in a small area around the critical size) have a strong influence on the nucleation rate. We have applied this theoretical study into the Si-B system. Due to the high activation energy of B in the Si, the study has shown a weak influence of the regression effects, resulting in a slight decrease in temperature giving the maximum of the nucleation rate in the Si-B system. In the second part, the secondary ion mass spectrometry (SIMS), Scanning transmission electron microscopy - Electron energy loss spectroscopy (STEM-EELS) and the atom probe tomography (APT) have been combined for the quantification of B in high concentration implanted Si, their strengths and weaknesses have been shown in the characterization of B in Si. Concerning the multi-hit detection in APT, a new method of treatment of signals coming from the detection system of the atom probe has been applied. An important progress concerning the multi-hit detection and the quantification of B in the Si has been demonstrated by our experiences. In the third part, we have studied the precipitation of B in the Si weakly supersaturated and highly supersaturated. The studies of the precipitation of B in the Si weakly supersaturated have shown that it is very difficult to study only the precipitation due to the presence of implantation defects (dislocation loops…). To privilege the precipitation, the study of the precipitation of B in the highly supersaturated Si has shown that there is phase separation after the implantation. At low thermal budget, the composition of the precipitates is much lower than the one of the equilibrium phase SiB3, but at high temperature, a regime of Si-B spinodal decomposition is suspected for the more concentrated alloys.
Abstract FR:
Ce travail de thèse est constitué de trois grandes parties. Dans la première partie, nous avons étudié théoriquement l’influence de la température sur le flux de germination de précipités dans un alliage binaire sursaturé. La théorie plus élaborée de Zeldovich a montré que le flux de germination présente un seul maximum en fonction de la température, ce qui est similaire que la théorie classique de Volmer-Weber. Une comparaison entre ces deux théories a montré que les effets de régression (dissolution possible des germes surcritiques dans une petite zone autour de la taille critique) ont une forte influence sur la forme de la courbe du flux de germination en fonction de la température. Nous avons appliqué cette étude théorique dans le système Si-B. Due à la grande énergie d’activation pour la diffusion du B dans le Si, l’étude a montré une très faible influence des effets de régression, se traduisant par une légère diminution de la température donnant le maximum du flux de germination dans le système Si-B. Dans la deuxième partie, la spectrométrie de masse d’ions secondaires (SIMS), la spectroscopie des pertes d’énergie des électrons couplée à la microscopie électronique en transmission en balayage (STEM-EELS) et la sonde atomique tomographique (SAT) ont été combinées pour la quantification du B dans le Si implanté à hautes concentrations. Leurs points forts et points faibles ont été montrés dans la caractérisation du B dans le Si. S’agissant la détection des évènements multiples dans la SAT, une nouvelle méthode du traitement des signaux de détection a été appliquée. Un progrès important concernant la quantification du bore dans le silicium a été démontré par nos expériences. Dans la troisième partie, nous avons étudié la précipitation du B dans le Si faiblement sursaturé et très sursaturé. Les études de la précipitation du B dans le Si faiblement sursaturé nous ont montré qu’il est très difficile d’étudier la précipitation seule dans le silicium faiblement sursaturé du fait de la présence des défauts d’implantation (boucles de dislocation…). Pour privilégier la précipitation, l’étude de la précipitation du B dans le Si très sursaturé a montré qu’il y a séparation de phases après implantation. À faible budget thermique, la composition des précipités est loin de celle de la phase d’équilibre SiB3, mais s’en rapproche à haute température, un régime de décomposition spinodale Si-B est suspecté pour les alliages les plus concentrés.