Etude de la pulvérisation en surface et des effets de dommages induit dans des matériaux solides minces sous l'impact des ions lourds énergétiques (~MeV)

Abstract

L’objet de ce travail concerne l’étude expérimentale et numérique de la pulvérisation des cibles solides en couches minces de dioxyde de silicium (SiO2) induite par des faisceaux d’ions lourds Auq+ d’énergies comprises entre 10 et 40 MeV et avec différents états de charges q allant de +4 à +9. La première partie de ce travail est consacrée à la modélisation du processus d’érosion de surface suivant une approche modifiée du modèle de modèle de pointe thermique inélastique (i-TS) et aussi via une simulation numérique de type Monté Carlo utilisant le code SRIM. La procédure expérimentale utilisée est celle de la méthode dite «de changement d’épaisseur» de surface qui nous a permis de déterminer expérimentalement les rendements de pulvérisation au moyen de deux techniques d’irradiation et d’analyse par faisceau d’ions : l’irradiation aux ions lourds et la spectrométrie de rétrodiffusion de Rutherford (RBS). L’état de surface et la microstructure des échantillons cibles ont été contrôlés et vérifiés préalablement par d’autres techniques de caractérisation complémentaires, à savoir, la microscopie électronique à balayage (MEB) la diffraction des rayons X (DRX). L’ensemble des résultats obtenus a été analysé et interprété par le modèle des pointes thermiques inélastiques, et par le code de simulation SRIM-2013. In the present work of Thesis, we report experimental and numerical investigation on the sputtering of solid targets in thin layers of silicon dioxide (SiO2) induced by heavy ions beams of Auq+ with (10-40) MeV kinematic energies with different charge states q ranging from +4 to +9. The first part of this work is devoted to the modeling of the surface erosion process following a modified approach of the inelastic thermal spike (i-TS) model and also via a Monte Carlo type numerical simulation using the SRIM code. The experimental procedure used is that of the so-called "thickness change" method which allowed us to experimentally determine the sputtering yields by means of two techniques of irradiation and analysis by ion beams: the heavy ion irradiation and Rutherford backscattering spectrometry (RBS). The surface state and the microstructure of the target samples were checked by other complementary characterization techniques, namely, scanning electron microscopy (SEM) X-ray diffraction (XRD). All the results obtained were analyzed and interpreted by the model of inelastic thermal spike, and by the computer simulation code SRIM-2013. في هذه الاطروحة قمنا بدراسة تجريبية لتطاير الجسيمات الموجودة على سطح أهداف صلبة في شكل طبقات رقيقة من ثاني أكسيد السيليكون الناجمة عن التشعيع بواسطة حزم من أيونات الذهب الثقيلة بطاقات و حالات شحن مختلفة (من 10 الى 40 ميغا فولط و من + 4 الى + 9). تم تخصص الجزء الأول من هذا العمل لنمذجة عملية تآكل السطح باتباع نهج معدل لنموذج الارتفاع الحراري غير المرن و أيضا عبر محاكاة رقمية من نوع مونت كارلو باستخدام كود. الإجراء التجريبية المستخدم هو ما يسمى بطريقة "تغيير سماكة الاهداف" و التي سمحت لنا بتحديد حصيلة الرش بشكل تجريبي عن طريق تقنيتين من التشعيع و التحليل بواسطة حزم الأيونات: تشعيع الأيونات الثقيلة و قياس الطيف الارتجاعي. تم فحص الحالة السطحية و البنية المجهرية للعينات المستهدفة من خلال تقنيات التوصيف التكميلية الأخرى، و هي المسح المجهري الإلكتروني (م م إ) و حيود الأشعة السينية (ح أ س). في الأخير تم تحليل جميع النتائج التي تم الحصول عليها و تفسيرها من خلال نموذج الارتفاع الحراري غير المرن و من خلال برنامج محاكاة.