Damage depth profile in alpha-Al2O3 substrate and GaN thin film under ion irradiation
Étude du profil en profondeur des modifications induites par irradiation aux ions du substrat d'alpha-Al2O3 et du film mince GaN
Résumé
Nitride semiconductors are attractive materials for the development of optical and electronic devices. Some of these applications can expose materials to extreme environments and especially radiation of heavy ions at different energies. In this thesis, the study focused first on behaviour evolution under irradiation of alpha-Al2O3 and then of GaN thin film, in order to establish a profile of damage evolution as function of the depth. Concerning lattice parameter, a similar behaviour was observed for both materials. An important increase of lattice parameter parallel to ion beam was highlighted while few variations was noted for the lattice parameter perpendicular to ion beam. Formation of amorphous layer for alpha-Al2O3 and highly disordered layer for GaN were observed in surface. Layers thicknesses increase as function of the fluence with an increase of residual stresses in material. Using different results and assumptions, two damage profiles as function of the depth have been proposed. In addition, nanoindentation has shown hardness and modulus of elasticity parameter evolve highly under irradiation as function of the fluence.
La famille des matériaux semiconducteurs III-N présente des propriétés adéquates pour diverses applications que ce soit dans le domaine de l’optique ou de l’électronique. Certaines de ces applications consistent à intégrer ces matériaux dans des environnements hostiles et notamment soumis à l’action d’ions lourds à différentes énergies. Lors de cette thèse, le travail consistait tout d’abord à comprendre l’évolution microstructurale sous irradiation du substrat alpha-Al2O3, puis du film mince GaN, afin d’établir un profil de l’évolution de l’endommagement en fonction de la profondeur. Un comportement assez similaire concernant l’évolution des paramètres de maille a été observé pour les deux matériaux. Dans la direction parallèle à la trajectoire du faisceau d’ions, une importante augmentation du paramètre de maille a été mise en évidence tandis que peu de variations ont été relevées perpendiculairement à la trajectoire du faisceau d’ions. Les formations d’une couche amorphe pour l’alpha-Al2O3 et d’une couche fortement endommagée pour le GaN ont été observées en surface. Les épaisseurs de ces couches augmentent en fonction de la fluence, associé à l’augmentation des contraintes résiduelles au sein du matériau. A l’aide d’hypothèses et des différents résultats obtenus, deux profils d’endommagement en profondeur ont été proposés. D’autre part, la nanoindentation a montré que les paramètres de dureté et de module d’élasticité évoluent fortement sous irradiation en fonction de la fluence.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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