Étude par dynamique moléculaire du dépôt des couches minces homoépitaxiale M/M (M= Cu, Ag, Al, Ni) et hétéroépitaxiale NiAl/Ni et Ni3Al/Ni

Abstract

Dans le domaine de la croissance des couches minces, les simulations numériques permettent au scientifique de modéliser des événements à l'échelle nanométrique qui sont difficiles à observer expérimentalement. Dans ce contexte la simulation par dynamique moléculaire figure comme un outil primordial pour investiguer l’ensemble des cas qui persiste inaperçues expérimentalement. Dans le présent travail, nous avons étudié dans une première partie la croissance homoépitaxiale par dépôt monoatomique des éléments (Cu, Ag, Al et Ni). Pour cela, on s’est fondé sur la simulation numérique par dynamique moléculaire en utilisant un potentiel interatomique basé sur le modèle de l’atome entouré EAM (Embedded Atom Method). La croissance du cuivre a montré la coexistence de deux géométries nucléées sur des sites HCP et FCC sur la même couche. La connexion entre ces structures a donné lieu à la création d’une nouvelle structure rectangulaire. La conversion des sites HCP en sites FCC est assurée par un mouvement collectif des atomes favorisant une coalescence en reliant deux grands amas ayant tendance à une croissance 2D. De même, il a été déduit que l’augmentation de l’énergie d’incidence réduit la rugosité de surface. Cependant, l’augmentation de la température a besoin de plus de temps de relaxation pour la réduire. Dans une deuxième partie nous avons étudié la croissance hétéroépitaxiale par dépôt biatomique des composés intermétalliques NiAl et Ni3Al. Nous avons montré que la surface (110) pourrait générer le film le plus ordonné avec environ 78% de la structure FCC. En outre, le film formé sur cette surface a été analysé par le paramètre SRO, η, et a montré que ce paramètre peut atteindre η = 0.62 pour la surface (110). Celle-ci présente un grand potentiel pour former plus de structures Ni3Al que Ni5Al3 contrairement aux surfaces (001) et (111). En particulier, le film mince formé sur la surface (110) contient 70% de structure Ni3Al, dont 2/3 contiennent des antisites d’Al, et 30% de structure Ni5Al3 dont 1/6 avec des antisites d’Al. La température élevée et la faible énergie d’incidence augmentent la capacité de former la phase Ni3Al. Pour le dépôt du Ni et Al sur Ni, nous avons trouvé pour les surfaces (001) et (111) la formation des grains du composé intermétallique NiAl de structure B2 riche en Ni de symétrie (110) parallèle au substrat et désorientés les uns par rapport aux autres. Sur la surface (110) nous avons remarqué la formation de grains de structure B2 inclinés par rapport au substrat avec différents angles d’orientation. En outre, l’augmentation de la température du substrat augmente le taux de la structure B2 et diminue la rugosité.