Diffusion volumique et intergranulaire de l'or, de l'étain et du germanium dans le germanium

Abstract

Nous présentons dans ce mémoire une étude de la diffusion volumique et intergranulaire du germanium, de l’étain et de l’or dans le germanium intrinsèque. Mené principalement au moyen des radiotraceurs ⁶⁸Ge, ¹¹³Sn et ¹⁹⁵Au, ce travail a été complété par la détermination de la solubilité de l’or et des mesures électriques de la diffusion de ce soluté. - En volume, l’étain comme le germanium diffuse par un mécanisme lacunaire. L’or diffuse très rapidement dans le germanium (DAu/DGe ≃ 2,10⁵ à 650°C), sa concentration en position interstitielle ‘Au) est négligeable. L’ensemble des résultats est compatible avec un mécanisme de diffusion de type dissociatif contrôlé par des paires (Au₁ – lacunes). - Dans les joints de grains, les paramètres d’autodiffusion du germanium peuvent être expliqués par un mécanisme lacunaire à condition d’envisager une très forte diminution de l’enthalpie de formation de ce défaut dans les joints pour rendre compte du rapport (Qj / Qv ≃ 0,45). Les diffusivités intergranulaires P = Dj ŏK de l’étain et de l’or sont très élevées bien que les enthalpies d’activation restent fortes ( Qj / Qv ) sn = 0,65 ; Qj / Qv = 0,74. Pour l’étain ces résultats impliquent un mécanisme de diffusion lacunaire et un coefficient de ségrégation compris entre 2 et 80 à 650°C. Pour l’or on doit envisager un mécanisme dissociatif de type Frank-Turnbull avec : - une forte localisation de l’or dans les sites interstitiels ; - des coefficients de diffusion intergranulaire au moins égaux aux coefficients de diffusion volumique que des atomes qui diffusent par un mécanisme interstitiel direct dans le germanium ; - un coefficient de ségrégation de l’ordre de 40 à 700°C.