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HAL Id: tel-02364166 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02364166v2 Submitted on 20 Aug 2020 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Etude du profil en profondeur des modifications induites par irradiation aux ions sur substrat de saphir et du film mince GaN Alexis Ribet To cite this version: Alexis Ribet. Etude du profil en profondeur des modifications induites par irradiation aux ions sur substrat de saphir et du film mince GaN. Physique [physics]. Normandie Université, 2019. Français. NNT : 2019NORMC217. tel-02364166v2 THÈSE Pour obtenir le diplôme de doctorat Spécialité PHYSIQUE Préparée au sein de l'Université de Caen Normandie Εtude du prοﬁl en prοfοndeur des mοdiﬁcatiοns induites par irradiatiοn aux iοns sur substrat de saphir et du ﬁlm mince GaΝ Présentée et soutenue par Alexis RIBET Thèse soutenue publiquement le 04/10/2019 devant le jury composé de M. AURÉLIEN DEBELLE Maître de conférences HDR, Université Paris 11 Paris-Sud Rapporteur du jury M. PATRICK SIMON Directeur de recherche au CNRS, CENTRE NAT RECH SCIENTIFIQUE Rapporteur du jury Mme CLARA GRYGIEL Chercheur au CEA, Université Caen Normandie Membre du jury Mme NATHALIE MILLARD-PINARD Maître de conférences HDR, Université Lyon 1 Claude Bernard Membre du jury M. XAVIER PORTIER Professeur des universités, Université Caen Normandie Président du jury Mme ISABELLE MONNET Chercheur-ingénieur au CEA, 14 GANIL de CAEN Directeur de thèse Thèse dirigée par ISABELLE MONNET, Centre de recherche sur les ions, les matériaux et la photonique (Caen) Sommaire 1 Introduction 1 2 État de l’art 3 2.1 Interaction ion-matière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2.1.1 Pouvoir d’arrêt nucléaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2.1.2 Pouvoir d’arrêt électronique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2 Comportement de l’Al2O3 sous irradiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2.1 A basse énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2.2 A haute énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.2.2.1 Cas du simple impact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.2.2.2 Cas de la haute ﬂuence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.3 Comportement du GaN sous irradiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.3.1 A basse énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.3.2 A haute énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3 Partie expérimentale 21 3.1 Expériences d’irradiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.2 Techniques expérimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.2.1 Échantillons utilisés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.2.2 Techniques de caractérisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.2.2.1 Diﬀraction des rayons X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.2.2.2 Nanoindentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3.2.2.3 Spectroscopie Raman . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 3.2.2.4 Microscopie électronique en transmission . . . . . . . . . . . 36 3.2.2.5 Spectroscopie de rétrodiﬀusion de Rutherford en canalisation 38 3 Sommaire 4 Modiﬁcations induites par irradiation dans l’α-Al2O3 41 4.1 Évolution des modiﬁcations structurales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.1.1 Évolution des paramètres de maille . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 4.1.1.1 Observations des réﬂexions sous irradiation . . . . . . . . . . 43 4.1.1.2 Méthode d’analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 4.1.1.3 Évolution de l’endommagement par l’étude de la déformation 47 4.1.2 Cinétique de la déformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 4.1.3 Étude de la texture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4.2 Analyses microstructurales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 4.2.1 Par RBS/c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 4.2.2 Par MET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 4.3 Estimation des contraintes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 4.3.1 Calculs des contraintes à l’aide de la DRX . . . . . . . . . . . . . . . 72 4.3.2 Calculs des contraintes à l’aide de la spectroscopie Raman . . . . . . . 75 4.4 Proﬁl de l’évolution de l’endommagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 4.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 5 Modiﬁcations induites par irradiation dans le GaN 87 5.1 Évolution des modiﬁcations structurales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 5.1.1 Évolution des paramètres de maille . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5.1.1.1 Observations des réﬂexions sous irradiation . . . . . . . . . . 89 5.1.1.2 Évolution de l’endommagement par l’étude de la déformation 91 5.1.2 Étude de la texture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 5.1.3 Cinétique de la déformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 5.2 Estimation des contraintes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 5.2.1 Calculs des contraintes à l’aide de la DRX . . . uploads/Science et Technologie/ sygal-fusion-28341-ribet-alexis.pdf