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Physique des systèmes complexes
exemple, les semi-conducteurs III-V tels que GaAs peuvent contenir des antisites
de type IIIN ou V/III. Dans le cas de GaAs on parle de l'antisite Ga/As ou de
l'antisite As/Ga.
3.4.4. Défauts complexes
Les différents défauts peuvent se regrouper. Par exemple deux lacunes situées sur
des sites voisins forment une « bilacune ».
Il se peut aussi que la substitution d'une impureté à un atome donné d'un site cristallin ne corresponde pas exactement au minimum possible de l'énergie du défaut.
Si, l'équilibre correspond au fait que l'atome d'impureté ne soit pas exactement
en substitution mais adopte une position légèrement décalée par rapport au site de
substitution, on peut également considérer que l'impureté est au voisinage immédiat d'une lacune et constitue avec cette lacune un« complexe».
3.4.5. Mécanismes de diffusion et lois d'Arrhénius
Pour qu'un atome diffuse dans un matériau, il faut nécessairement qu'il puisse
sauter de site en site. Considérons l'exemple de l'autodiffusion d'un atome marqué A*. Pour que celui-ci puisse diffuser, il faut qu'il puisse se substituer à un
atome de son environnement proche. Les sauts les plus courts étant les plus probables, la diffusion s'effectue essentiellement par échange d'un atome A* avec
l'un de ses premiers voisins. Un mécanisme possible est que l'atome A se place
en interstitiel libérant ainsi une lacune au voisinage immédiat de A*. L'atome A*
peut alors se substituer à la lacune, libérant à son tour une lacune qui peut alors
être réoccupée par !'interstitiel A.
On peut imaginer plus simplement une rotation simultanée de la paire d'atomes
A-A* mais de tels mécanismes correspondent à des énergies de seuil très élevées
et sont donc extrêmement peu probables.
Le premier exemple de mécanisme possible a mis enjeu la création d'une lacune.
et montre donc que les lacunes d'un cristal devraient jouer un rôle primordial dans
les mécanismes de diffusion. En tout cas, une lacune diffuse « facilement » par le
fait que l'un de ses atomes premiers voisins peut sauter de site en rencontrant une
barrière d'énergie relativement peu élevée.
Notons cependant que les mécanismes ne sont pas forcément aussi simples. En
effet, le déplacement d'une lacune dans un cristal binaire, génère la création systématique d'antisites, dont l'énergie de formation n'est pas négligeable et peut
rendre peu probable le déplacement de la lacune.
Quels que soient les mécanismes imaginés, la diffusion d'une impureté, d'une
lacune ou d'un interstitiel peut toujours être considérée comme le saut d'une barrière énergétique qui sépare deux sites voisins. Soit U, le« col» d'énergie (la barrière la plus faible) qui sépare deux sites voisins. La probabilité que l'impureté
saute la barrière est donnée par la probabilité que l'impureté accède à l'état
d'énergie U, soit encore
P(U) ::::: exp( -U /KT)
(1)
Bien entendu, cette probabilité n'a de valeur que si on la multiplie par le nombre
d'essais que l'impureté effectue pour sauter la barrière. Ce nombre d'essai par
Physique des systèmes complexes
exemple, les semi-conducteurs III-V tels que GaAs peuvent contenir des antisites
de type IIIN ou V/III. Dans le cas de GaAs on parle de l'antisite Ga/As ou de
l'antisite As/Ga.
3.4.4. Défauts complexes
Les différents défauts peuvent se regrouper. Par exemple deux lacunes situées sur
des sites voisins forment une « bilacune ».
Il se peut aussi que la substitution d'une impureté à un atome donné d'un site cristallin ne corresponde pas exactement au minimum possible de l'énergie du défaut.
Si, l'équilibre correspond au fait que l'atome d'impureté ne soit pas exactement
en substitution mais adopte une position légèrement décalée par rapport au site de
substitution, on peut également considérer que l'impureté est au voisinage immédiat d'une lacune et constitue avec cette lacune un« complexe».
3.4.5. Mécanismes de diffusion et lois d'Arrhénius
Pour qu'un atome diffuse dans un matériau, il faut nécessairement qu'il puisse
sauter de site en site. Considérons l'exemple de l'autodiffusion d'un atome marqué A*. Pour que celui-ci puisse diffuser, il faut qu'il puisse se substituer à un
atome de son environnement proche. Les sauts les plus courts étant les plus probables, la diffusion s'effectue essentiellement par échange d'un atome A* avec
l'un de ses premiers voisins. Un mécanisme possible est que l'atome A se place
en interstitiel libérant ainsi une lacune au voisinage immédiat de A*. L'atome A*
peut alors se substituer à la lacune, libérant à son tour une lacune qui peut alors
être réoccupée par !'interstitiel A.
On peut imaginer plus simplement une rotation simultanée de la paire d'atomes
A-A* mais de tels mécanismes correspondent à des énergies de seuil très élevées
et sont donc extrêmement peu probables.
Le premier exemple de mécanisme possible a mis enjeu la création d'une lacune.
et montre donc que les lacunes d'un cristal devraient jouer un rôle primordial dans
les mécanismes de diffusion. En tout cas, une lacune diffuse « facilement » par le
fait que l'un de ses atomes premiers voisins peut sauter de site en rencontrant une
barrière d'énergie relativement peu élevée.
Notons cependant que les mécanismes ne sont pas forcément aussi simples. En
effet, le déplacement d'une lacune dans un cristal binaire, génère la création systématique d'antisites, dont l'énergie de formation n'est pas négligeable et peut
rendre peu probable le déplacement de la lacune.
Quels que soient les mécanismes imaginés, la diffusion d'une impureté, d'une
lacune ou d'un interstitiel peut toujours être considérée comme le saut d'une barrière énergétique qui sépare deux sites voisins. Soit U, le« col» d'énergie (la barrière la plus faible) qui sépare deux sites voisins. La probabilité que l'impureté
saute la barrière est donnée par la probabilité que l'impureté accède à l'état
d'énergie U, soit encore
P(U) ::::: exp( -U /KT)
(1)
Bien entendu, cette probabilité n'a de valeur que si on la multiplie par le nombre
d'essais que l'impureté effectue pour sauter la barrière. Ce nombre d'essai par