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A. CORNET et J.-P. DEVILLE
6
1
L a concentration en ions implantés est exprimée par la dose ou fluence :
nombre d’ions apportés par cm2 de substrat.
Connaissant la fluence du faisceau d’ions et le taux de pulvérisation on peut calculer l’épaisseur << abrasée >> : avec 1017 ions Ti+ de 110 keV par cm2, la perte
d‘acier s’élève à 12 nm.
L a figure 6.2 montre les différents phénomènes provoqués par l’interaction
des ions avec la matière. Les ions secondaires émis sont à la base des techniques
d’analyse SIMS (voir Chap. 5, Sect. 6.4).
Les ions qui pénètrent dans le matériau perdent leur énergie selon deux processus décrits par la théorie LSS, due à Lindhard, Scharff et S ~ h i o t t ‘ ~ )
:
collisions directes avec les atomes du matériau provoquant une perte d‘énergie
appelée perte d’énergie nucléaire et conduisant au pouvoir d‘arrêt nucléaire,
interactions avec le cortège électronique des atomes produisant ionisations
et/ou excitations.
La mécanique quantique montre que les interactions nucléaires sont prédominantes avec les ions d‘énergie faible ou moyenne (de quelques keV à
100/200 keV), domaine de l’implantation ionique classique alors que les interactions électroniques sont prédominantes lorsque l’énergie est supérieure au MeV,
c’est le domaine de l’implantation ionique à haute énergie.
L a figure 6.3 illustre cette différence dans le cas d’ions argon implantés dans
le cuivre.
Le parcours projeté des ions, Rp, correspond à une distribution quasi gaussienne dont la déviation standard est ARP. Des modèles permettent de calculer
assez précisément la forme de cette distribution en faisant intervenir les
moments d‘ordre 3 et 4, respectivement le skewness qui Caractérise la symétrie
du profil et le kurtosis qui mesure son aplatissement (les définitions de ces paramètres statistiques ont été données au Chap. 2, Sect. 1.5.2).
On peut calculer des conditions d‘implantation << multiénergies >> telles que le
profil résultant corresponde à une concentration constante sur une profondeur
donnée. L a figure 6.4 montre le résultat d’un tel calcul correspondant à l’implantation d’azote dans du titane.
En implantant de fortes doses d’ions il est possible de désorganiser totalement la surface au point de la rendre amorphe. Le matériau peut alors avoir tendance à s’autoguérir par réarrangement des atomes sous l’effet de l’agitation
thermique, mais la surface amorphe reste stable si l’implantation est faite à
l’aide d’éléments amorphisants tels que phosphore ou bore.
Snuciéaire ;
(5) Lindhard J., Scharff M. et Schiott H.E., Mat.-Fys. Med. 33 (1963) 14.
A. CORNET et J.-P. DEVILLE
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L a concentration en ions implantés est exprimée par la dose ou fluence :
nombre d’ions apportés par cm2 de substrat.
Connaissant la fluence du faisceau d’ions et le taux de pulvérisation on peut calculer l’épaisseur << abrasée >> : avec 1017 ions Ti+ de 110 keV par cm2, la perte
d‘acier s’élève à 12 nm.
L a figure 6.2 montre les différents phénomènes provoqués par l’interaction
des ions avec la matière. Les ions secondaires émis sont à la base des techniques
d’analyse SIMS (voir Chap. 5, Sect. 6.4).
Les ions qui pénètrent dans le matériau perdent leur énergie selon deux processus décrits par la théorie LSS, due à Lindhard, Scharff et S ~ h i o t t ‘ ~ )
:
collisions directes avec les atomes du matériau provoquant une perte d‘énergie
appelée perte d’énergie nucléaire et conduisant au pouvoir d‘arrêt nucléaire,
interactions avec le cortège électronique des atomes produisant ionisations
et/ou excitations.
La mécanique quantique montre que les interactions nucléaires sont prédominantes avec les ions d‘énergie faible ou moyenne (de quelques keV à
100/200 keV), domaine de l’implantation ionique classique alors que les interactions électroniques sont prédominantes lorsque l’énergie est supérieure au MeV,
c’est le domaine de l’implantation ionique à haute énergie.
L a figure 6.3 illustre cette différence dans le cas d’ions argon implantés dans
le cuivre.
Le parcours projeté des ions, Rp, correspond à une distribution quasi gaussienne dont la déviation standard est ARP. Des modèles permettent de calculer
assez précisément la forme de cette distribution en faisant intervenir les
moments d‘ordre 3 et 4, respectivement le skewness qui Caractérise la symétrie
du profil et le kurtosis qui mesure son aplatissement (les définitions de ces paramètres statistiques ont été données au Chap. 2, Sect. 1.5.2).
On peut calculer des conditions d‘implantation << multiénergies >> telles que le
profil résultant corresponde à une concentration constante sur une profondeur
donnée. L a figure 6.4 montre le résultat d’un tel calcul correspondant à l’implantation d’azote dans du titane.
En implantant de fortes doses d’ions il est possible de désorganiser totalement la surface au point de la rendre amorphe. Le matériau peut alors avoir tendance à s’autoguérir par réarrangement des atomes sous l’effet de l’agitation
thermique, mais la surface amorphe reste stable si l’implantation est faite à
l’aide d’éléments amorphisants tels que phosphore ou bore.
Snuciéaire ;
(5) Lindhard J., Scharff M. et Schiott H.E., Mat.-Fys. Med. 33 (1963) 14.