Etude et réalisation d’un simulateur parallèle de la diffusion à l’échelle atomique : Création et croissance de boucles de dislocation sous irradiation électronique

Abstract

La diffusion de défauts ou d’impuretés dans un semiconducteur est un phénomène essentiel intervenant dans la maîtrise des procédés de fabrication des composants électroniques. L’objectif de ce travail a été d’étudier et de réaliser un outil de simulation de ces phénomènes à trois dimensions (ASDIFF II). Il présente deux originalités essentielles : (1) il effectue une simulation 3D de la diffusion à l’échelle atomique, (2) il est disponible en version parallèle sur réseau de "transputers". Le premier chapitre rappelle les résultats expérimentaux relatifs à deux exemples de diffusions anormales : la diffusion de Gallium à l’interface GaAs-CDTe lors de la croissance hétéroépitaxique de CDTe , la diffusion des interstitiels de CDTe soumis à un flux électronique de haute énergie. C’est ce deuxième cas qui a guidé plus particulièrement les orientations de ce travail de thèse. Le deuxième chapitre propose une modélisation conventionnelle de la diffusion. Il considère le mouvement des interstitiels et la formation des défauts étendus sous irradiation en se basant sur la théorie de la cinétique chimique. La comparaison avec les résultats expérimentaux suppose un approfondissement du modèle à l’échelle atomique. Le troisième chapitre présente le modèle physique utilisé : sauts élémentaires, tirage aléatoire…, et sa transcription en langage informatique OCCAM utilisé sur les réseaux de transputers. Le quatrième chapitre est entièrement consacré à l’analyse des résultats obtenus : phénomènes de formation des défauts étendus et leurs représentations spatiales. Un résultat original tout particulièrement intéressant concerne la répartition des lacunes autour des boucles de dislocation. Enfin, nous mettons en évidence des comportements de type chaotique dans la mesure où, dans des conditions expérimentales identiques, mais avec les effets des aléatoires, les structures et les répartitions de défauts peuvent être extraordinairement différentes. Nous discutons finalement l’intérêt et la portée de ces résultats théoriques par confrontation avec l’expérience.