Centre d’Élaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales (UPR 8011)


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Modélisation de la formation de complexes à partir de défauts ponctuels

par Evelyne Prevots - publié le , mis à jour le

Les chercheurs du CEMES (CNRS), INAC et le LETI (CEA) proposent un modèle original décrivant l’agrégation de défauts ponctuels et d’impuretés sous la forme de complexes stables dans un cristal. Ce modèle générique, décrivant rencontres et gains d’énergie, est validé via sa capacité à simuler les déformations introduites dans du Silicium par implantation ionique d’hydrogène à température ambiante.

La diffusion et l’interaction des impuretés dans les semiconducteurs jouent un rôle important qui doit être pris en compte pour pouvoir simuler les procédés technologiques utilisés pour la fabrication des dispositifs à semiconducteurs. Étant mobiles, les impuretés, les lacunes et les interstitiels peuvent diffuser, se recombiner et / ou précipiter sous la forme de complexes stables, modifiant ainsi les propriétés du matériau processé. Les chercheurs du CEMES (CNRS), INAC et LETI (CEA) ont proposé un modèle analytique qui prédit les concentrations de ces complexes à partir des concentrations des différents défauts ponctuels présents et de la température. Ce modèle décrit l’agrégation de défauts ponctuels et d’impuretés au travers des probabilités de rencontre entre défauts ponctuels et des probabilités de formation des différents complexes pouvant être formés. Cette dernière probabilité dépend des énergies de formation de ces complexes qui ont été calculées par DFT. Cette approche est générale et peut être utilisée quelles que soient les impuretés et le cristal considéré.

Les chercheurs ont appliqué et validé ce modèle en s’intéressant à la formation de complexes après implantation d’ions H + dans le silicium à température ambiante. Ils ont montré que la déformation macroscopique que l’on peut mesurer dans un cristal implanté résulte de la superposition des champs de déformation individuels générés par les différents complexes. Le modèle étant validé, les concentrations de complexes ont été déduites de confrontations avec des résultats expérimentaux obtenus par rayons X. La calibration de ce modèle a permis de plus de déterminer les coefficients de diffusion des lacunes et des interstitiels de silicium à la température ambiante, le temps nécessaire à la formation des complexes, les concentrations des complexes en fonction de la concentration d’ions H+ et le rôle spécifique de certains complexes ainsi que leur capacité à « générer de la déformation ». Le modèle peut être introduit pour simuler puis optimiser la technologie SmartCut® utilisé pour fabriquer des substrats innovants pour la microélectronique, tels que le SOI et ses avatars. Ces résultats ont été publiés dans Acta Materialia.

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(a) Libres parcours des défauts A et B dans les référentiels fixe et mobile ; (b) Répartition de l’hydrogène et des défauts ponctuels dans les différents complexes en fonction de la concentration d’hydrogène implanté.
© CEMES-CNRS

 

Contact

Dr Nikolay Cherkashin : nikolay.cherkashin chez cemes.fr

 

Référence

N. Cherkashin, F.-X. Darras, P. Pochet, S. Reboh, N. Ratel-Ramond, A. Claverie, “Modelling of point defect complex formation and its application to H+ ion implanted silicon”, Acta Materialia 99 (2015) 187–195.

DOI : 10.1016/j.actamat.2015.07.078