a) Collision atomique
Au cours d'une implantation ionique, une longue
séquence de collisions atomiques successives est observée. Un
phénomène important lié à l'implantation ionique
est la formation de défauts. En effet, lors du freinage
nucléaire, l'ion incident peut transférer des quantités de
mouvement importantes aux atomes du réseau. Si l'énergie
transmise est supérieure à une valeur seuil Ed, appelée
énergie de déplacement, un atome va être
déplacé et mis en position interstitielle, laissant un site
vacant (lacune). Ce couple de défauts composé d'un interstitiel
et d'une lacune est appelé paire de Frenkel. C'est le défaut le
plus simple créé par implantation. La distribution de
défauts
FIGURE 1.3: Distribution des ions et des défauts en
fonction de la profondeur dans un matériau [3]
est aussi généralement de type gaussien et est
centrée de part et d'autre d'une profondeur Rd, oil le pouvoir
d'arrêt nucléaire est maximal. La profondeur d'arrêt des
ions Rp est elle plus grande que la profondeur Rd. La figure 1.3
représente la concentration d'ions (impuretés) et de
défauts en fonction de la profondeur dans un matériau.
Dans les deux processus, l'évènement
élémentaire est la collision binaire ion-atome et il s'agit d'une
interaction coulombienne. En règle générale, ces deux
processus de freinage sont indépendants et peuvent s'ajouter, mais
souvent l'un des deux est négligeable. En effet, leurs sections
efficaces varient différemment selon l'énergie des ions incidents
: elle est maximale à haute énergie (environ 1 MeV) pour le
freinage électronique, et à faible énergie (de l'ordre du
keV) pour le freinage nucléaire[3].
b) Amorphisation, Diffusion, Pulvérisation
L'amorphisation qui est le fait de rendre une substance
amorphe, généralement par bombardement ionique, conduit à
une perte totale de la périodicité de la structure cristalline.
Elle a lieu lorsque la densité maximale de défauts que l'on peut
atteindre dans un matériau est égale à la densité
atomique de ce dernier (par exemple lorsque la densité de défauts
est de 4, 97.102 pour le silicium).
FIGURE 1.4: Mécanisme de freinage d'un ion dans un
solide [3]
De plus, ce phénomène d'amorphisation
dépend de la température d'implantation. En effet, pour des
températures élevées, la diffusion des défauts
(interstitiels et lacunes isolées) est possible et il faut alors des
doses élevées pour atteindre l'amorphisation. Inversement,
à faible température la diffusion est faible et l'amorphisation
est plus facilement atteinte.
Il existe ainsi pour chaque matériau une
température d'implantation critique, qui dépend de
l'espèce ionique implantée, au delà de laquelle il est
impossible de créer une couche amorphe.
Un phénomène supplémentaire vient
s'ajouter à cela : au cours de l'implantation, la température du
matériau augmente, ce qui peut entrainer une diffusion notable de
l'impureté (l'ion) implantée, mais également une
redistribution des impuretés déjà présentes dans le
matériau.
Un autre effet de l'implantation dont on doit tenir compte est
la pulvérisation de la surface bombardée, qui peut être
importante si la dose des ions implantés est élevée et
l'énergie faible. Ce phénomène est aussi observé
lors d'une implantation d'ions suffisamment énergétiques ou
lourds (la masse atomique plus grande que celle des atomes du substrat); ces
ions peuvent alors arracher
des atomes à la surface. On parle ainsi d'une
pulvérisation de surface. L'émission ne concerne pas
exclusivement les atomes du matériau cible, cela peut aussi se traduire
par la rétrodiffusion d'ions incidents, de photons ou encore
d'électrons.
L'implantation ionique présente un attrait particulier car
elle permet de contrôler divers paramètres avec précision
:
- La profondeur moyenne de l'espèce implantée par
rapport à la surface en ajustant l'énergie
d'accélération des ions.
- La quantité de l'espèce introduite en agissant
sur le courant ionique et la durée d'exposition au faisceau.
- Le profil de l'espèce implantée en effectuant des
implantations multiples à différentes énergies.
| 
