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Mignerot Florent

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  • Plasticité de micro-piliers de semiconducteurs : effet de taille et transition fragile-ductile    - Mignerot Florent  -  15 octobre 2021

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    La plasticité de micro-piliers monocristallins d’antimoniure d’indium (InSb), de silicium (Si) et de nitrure de galium (GaN) est étudiée à 25°C pour comprendre les mécanismes de déformation associés à la transition fragile-ductile dans un contexte de réduction de la taille de l’échantillon ou « effet de taille ». Premièrement, l’établissement d’un protocole de gravure FIB (focused ion beam) est réalisé pour fabriquer les micro-piliers dont les dimensions sont inférieures à 5 µm de diamètre. La direction [123] est choisie comme direction ce compression pour InSb et Si afin de promouvoir le glissement simple dont le système de glissement primaire est [101](1-1-1) avec un facteur de Schmid m valant 0,47. L’axe de compression [2-1-10] définie pour GaN induit un glissement multiple avec deux systèmes de glissement équivalant : les systèmes de glissement [11-20](1-100) et [1-210](10-10) (m = 0,43). Ensuite, la déformation est assurée par micro-compression in situ au sein du FIB à l’aide d’un nano-indenteur muni d’un poinçon plat. Enfin, la caractérisation des mécanismes de déformation est réalisée en combinant différentes méthodes : la réalisation de sauts de vitesse de déformation afin de calculer les volumes d’activation apparents, l’analyse des vidéos de déformation in-situ et des faciès de déformation à partir des micrographies par Microscopie Electronique à Balayage (MEB) post-mortem, ainsi que l’analyse de lames minces, extraites à l’aide du FIB à partir des micro-piliers déformés, par Microscopie Electronique en Transmission (MET). Pour InSb, les volumes d’activation ainsi que les faciès de déformation suggèrent l’existence de dislocations partielles dans le système de glissement primaire. Cela est confirmé par les observations MET haute-résolution qui montrent la présence de nano-macles au sein de la structure. Ce résultat constitue un mécanisme de déformation nouveau pour ce matériau à température ambiante. Pour Si, l’analyse des micrographies MEB indique que le glissement est fortement localisé dans quelques plans de glissement, avec des marches en surface importantes. L’analyse MET permet d’identifier un mécanisme de déformation impliquant des dislocations parfaites suivant le système de glissement primaire. Enfin, pour GaN, les volumes d’activation ne permettent pas de trancher quant à la nature des dislocations. Les faciès des micro-piliers déformés montrent une localisation du glissement dans quelques plans seulement et les observations MET confirment la présence de dislocations parfaites. Une comparaison des résultats avec les données de la littérature conforte les analyses de cette étude et les implications sur les propriétés des semiconducteurs sont discutées dans le contexte de miniaturisation des composants électroniques.

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